金属的功函数决定接触 类型及势垒高度
Wm WS
电子的阻挡层 ——整流接触
Wm WS
电子的反阻挡层 ——欧姆接触
接触情况对比
实际接触
由于存在表面态，接触时 总是形成势垒，且势垒高 度受金属功函数影响不大
7.2 M-S接触的整流理论
1、V 0
一、势垒高度随外加电压的变化
E JSM JM S
2、V 0
以金属和n型半导体的接触为例
1、WS Wm
二、理想的M-S接触势垒模型
电子系统在热平衡状态时应有统一的费米能级
电子转移
半导体体内载流子重新分布引 起载流子的积累或耗尽，导致 能带弯曲；但金属体内的载流 子和浓度基本没有变化
E 空间电荷区
二、理想的M-S接触势垒模型
半导体一侧的电子所面临的势垒：
qVD qVS Wm Ws
表面态的费米能级
q0
1 3
Eg
三、表面态对接触势垒的影响
金属和半导体接触前
态密度较大
态密度很大
电子转移
qVD Eg En q0
存在表面态，即使不与金属接触，半导体一侧产生电子势垒
三、表面态对接触势垒的影响
金属和半导体接触
Wm Ws 半导体向金属转移电子
①表面态密度很大，以表面电子转移为主
第七章 金属和半导体的接触
第七章 Part 1
7.1 M-S接触的势垒模型 7.2 M-S接触的整流理论 7.3 少数载流子的注入和欧姆接触
前言
金属——半导体接触 由金属和半导体互相接触而形成的结构，简称M-S接触。
典型接触：
1、半导体掺杂浓度低，单向导电Βιβλιοθήκη ——整流接触肖特基势垒器件
2、半导体掺杂浓度高，双向导电性——欧姆接触
金属一侧的势垒高度没有变化
J JSM JMS
净电流密度很大，为正向偏置
E外
E内
1、扩散理论的适用范围
二、扩散理论
——适用于厚阻挡层； 势垒宽度比载流子的平均自由程大得多，即
d ln
——势垒区是耗尽区； ——半导体是非简并的
2、扩散理论的基本思想
二、扩散理论
在势垒区边界，电子的浓度分别为：
nd n0
提供低阻互联
7.1 M-S接触的势垒模型
一、功函数和电子亲和能
真空中静止电子的能量
金
半
属
导
体
Wm E0 EFm
WS E0 EFS
电子亲和能
E0 EC
WS En
二、理想的M-S接触势垒模型
理想接触： ——在半导体表面不存在表面态 ——M-S之间没有绝缘层或绝缘层很薄的紧密接触
1、热电子发射理论的适用范围
——适用于薄阻挡层 ln >>d
——势垒高度 >>k0T
——非简并半导体
2、热电子发射理论的基本思想
薄阻挡层，势垒高度起主要作用。
能够越过势垒的电子才对电流有贡献 ——计算超越势垒的载流子数目，从而求出电流密度。
3、势垒区的伏安特性
三、热电子发射理论
半导体一侧，只有能量大于势垒的电子才能越过势垒：
Wm WS
表面处能带向下弯曲
N 型： ——电子的反阻挡层 ——欧姆接触
P型： ——空穴的反阻挡层 ——欧姆接触
P型： ——空穴的阻挡层 ——整流接触
三、表面态对接触势垒的影响
巴丁提出表面态对M-S接触的影响——巴丁势垒模型
受主型：有电子 带负电；空着为 电中性
表面态，表面能级
施主型：有电子呈电 中性；空着带正电
表面势：从半导体表面 到内部的电势差
电子阻挡层；高阻区 ——整流接触
金属一侧的电子所面临的势垒：
qns qVD En Wm
2、Wm WS
二、理想的M-S接触势垒模型
电子反阻挡层；低阻 ——欧姆接触
电子转移 E
二、理想的M-S接触势垒模型
Wm WS
表面处能带向上弯曲
N 型： ——电子的阻挡层 ——整流接触
2r0 ns n V
qND
EF d0
1、无外加电压，即
V 0
d
2r0VD
qND
2r0 VS 0
qND
qVD
qEnC
2、有外加电压，即
V 0
ns VD n
d
2r0 VD V
qND
V 0
d正
正向电压使势垒区变窄
V<0
d反
反向电压使势垒区变宽
势垒的高度和宽度都随外加电压变化：
4、势垒区的伏安特性
只转移表面态中的电子就 可使整个系统达到平衡。
接触前后，半导体一侧的空间电荷不发生变化，表面势不变 ——势垒高度被钉扎
三、表面态对接触势垒的影响
②表面态密度较大，表面、体内电子均转移
表面态中的电子和半导体体内的电子都要向金属转移，才能使系统平衡 金属功函数对势垒有影响，但影响不大——实际情况
理想接触
二、扩散理论
根据扩散理论，势垒区的电流是由半导体一侧电子的扩散和漂移
运动形成的：
J
qn x n
Ex
qDn
dn x
dx
Ex
dV x
dx
n
Dn
q k0T
J
qDn
qn x
k0T
dV x
dx
dn x
dx
exp
qV x
k0T
对x积分
d
0
J
exp
qV x
k0T
dx
d
0
qDn
qn x
n0
n0
exp
qVD k0T
电子从体内向界面处扩散；
在内建电场的作用下，电子做 漂移运动；
扩散方向与漂移方向相反
无外加电压： 扩散与漂移相互抵消——平衡； 反向电压： 漂移增强——反偏； 正向电压： 扩散增强——正偏
二、扩散理论
扩散 漂移
二、扩散理论
3、势垒宽度与外加电压的关系
qns
势垒区的宽度： d
k0T
dV x
dx
dn x
dx
exp
qV x
k0T
dx
二、扩散理论
J
qDn
n
x
exp
qV x
k0T
d
0
exp
qV x
k0T
dx
d 0
解出
边界条件
k0T r 0
q2 NDd
exp
qns
k0T
xd
x0
nd n0
V
d
qND
2 r 0
d2
ns
n
0
n0exp
q
Vs 0
k0T
V 0 ns
二、扩散理论
J
J SD
exp
qV k0T
1
1
其中
JSD
q0n0
2qND
r0
VD
V
2
exp
qVD k0T
V 0 V<0
J
J SD
exp
qV k0T
1
J JSD VD V 2
该理论是用于迁移率较小，平均自由程较短的半导体，如氧化亚铜。
三、热电子发射理论
1 2
一、势垒高度随外加电压的变化
金属接负极，半导体接正极
外加电压增强了内建电场的作用，势垒区电势增强，势垒增高； 金属一侧的势垒高度没有变化；
J JMS JSM 0
E外 电流很小，为反向偏置
E内
一、势垒高度随外加电压的变化
3、V 0
金属接正，半导体接负
外加电压削弱了内建电场的作用，半导体势垒降低；