2022-2023學(xué)年高二物理競賽課件：表面態(tài)對接觸勢壘的影響1

表面態(tài)對接觸勢壘的影響表面態(tài)對接觸勢壘的影響1.表面態(tài)和表面能級：表面態(tài)：源于半導(dǎo)體表面晶格的不完整性，表面吸附外來原子或離子。它是局域在表面附近的新電子態(tài)。表面態(tài)能級：

大多數(shù)半導(dǎo)體的在Ev以上Eg/3的地方。反阻擋層接觸（歐姆接觸）若Wm<Ws，金屬與N型半導(dǎo)體接觸時，電子將從金屬流向半導(dǎo)體，在半導(dǎo)體表面形成負(fù)的空間電荷區(qū)，電場方向由表面指向體內(nèi)，Vs>0，能帶向下彎曲。這里電子濃度比體內(nèi)大得多，因而是一個高電導(dǎo)的區(qū)域，稱之為反阻擋層。EcEFWs-WmEvx-WmE金屬與P型半導(dǎo)體接觸時，若Wm>Ws，能帶向上彎曲，形成P型反阻擋層。金屬與P型半導(dǎo)體接觸時，若Wm<Ws，形成空穴的表面勢壘。在勢壘區(qū)，空間電荷主要由電離受主形成，空穴濃度比體內(nèi)小得多，也是一個高阻區(qū)域，形成P型阻擋層。N型P型Wm>Ws阻擋層反阻擋層Wm<Ws反阻擋層阻擋層

肖特基接觸（整流接觸）金屬/半導(dǎo)體接觸歐姆接觸

形成n型和p型阻擋層的條件2.表面態(tài)的類型1）施主型：電子占滿時呈中性，失去電子帶正電。

以下的表面態(tài)空著，表面帶正電。

2）受主型：能級空時為電中性，接受電子帶負(fù)電。以上的表面態(tài)被電子填充，表面帶負(fù)電。3.表面態(tài)對接觸勢壘的影響受主態(tài)n型半導(dǎo)體能帶圖無表面態(tài)時半導(dǎo)體功函數(shù)：有表面態(tài)時半導(dǎo)體功函數(shù)：因半導(dǎo)體與表面態(tài)交換電子，（不與金屬接觸時）半導(dǎo)體表面能帶發(fā)生彎曲qVD

,勢壘高度隨Wm不是線性變化。半導(dǎo)體存在高密度表面態(tài)時

勢壘高度與金屬功函數(shù)無關(guān)，稱為高表面態(tài)密度釘扎（pinning）,稱為巴丁模型。小結(jié)半導(dǎo)體表面態(tài)密度很高時（>1017eV-1.cm-2),它可屏蔽金屬接觸的影響，使得勢壘高度與金屬功函數(shù)幾乎無關(guān)，而由半導(dǎo)體表面性質(zhì)決定。當(dāng)表面態(tài)密度不是很高時，金屬功函數(shù)對勢壘高度產(chǎn)生不同程度的影響。課堂思考題金屬和半導(dǎo)體的功函數(shù)是如何定義的？半導(dǎo)體的功函數(shù)與哪些因素有關(guān)？分析n型和p型半導(dǎo)體形成阻擋層于反阻擋層的條件。分別畫出半導(dǎo)體與金屬接觸時的能帶圖（分為Ws＞W(wǎng)m和Ws＜Wm，并忽略表面態(tài)的影響）什么叫歐姆接觸？金屬與重?fù)诫s的半導(dǎo)體能形成歐姆接觸，簡單其物理原理。什么叫少數(shù)載流子注入效應(yīng)？鏡像力和隧道效應(yīng)如何影響金-半接觸勢壘的？比較擴(kuò)散理論和熱電子發(fā)射理論在解決肖特基二極管整流特性時區(qū)別在什么地方？畫圖說明肖特基勢壘高度，并指出在一般情況下，它與哪些物理量有關(guān)？習(xí)題課例1設(shè)p型硅NA=1017/cm3，試求:(1)室溫下費米能級的位置和功函數(shù)（2）不計表面態(tài)的影響，求該p型硅分別與鉑（Pt）和銀（Ag）接觸后是否形成阻擋層？（3）如果能形成阻擋層，求半導(dǎo)體一邊的勢壘高度。已知：WAg=4.81eV，WPt=5.36eV，

Nv=1019/cm3Eg=1.12eV,硅的電子親和能X=4.05eV例2有n型硅與某一金屬形成肖特基二極管，其參數(shù)為Wm=4.7eV，X=4.0eV,Nc=1019/cm3,Nc=1019/cm3ND=1015/cm3,硅的相對介電常數(shù)εr=12，忽略表明態(tài)，計算室溫下：（1）零偏時勢壘高度接觸電勢差和勢壘寬度。（2）正偏為0.2V時的熱發(fā)射電流。設(shè)A*/A=2.1，

A=120A/cm3例3NA=1017/cm3

的p型鍺，室溫下功函數(shù)為多少？，不考慮表面態(tài)的影響，它分別和Al、Au、Pt接觸時形成阻擋層還是反阻擋層？鍺的電子親和能為4.13eV。設(shè)WAl=4.18eV,WAu=5.20eV,WPt=5.43eV.例4有n型硅與某一金屬形成肖特基二極管，已知其接觸后半導(dǎo)體一側(cè)的勢壘高度為0.50eV，ND=1015/cm3

，Nc=2.8×1019/cm3電子親和能為4.05eV，Lp=10μm，Dp=150cm2/s，ni=1.5×1010/cm3A*=252（cm2.K）2室溫T下，求（1）加0.5V正向偏壓后，計算室溫下注入少子的電流密度，（2）計算金屬的功函數(shù)，（3