图
6. 1
现代半导体器件物理
MESFET及相关器件 4
金属-半导体接触
➢ 能带情况
金属
绝缘体
金-半接触并处于热平衡时，两者 费米能级相同，真空能级必须连续
半导体
欧姆接触 (a ) 平 面 工 艺 所 制 作 的 金 半 接 触 的 透 视 图 金属
V
半导体
理想状况下， 金属与n型半导体的势垒高度
qBn qmq x
天津工业大学
现代半导体器件物理
MESFET及相关器件 7
金属-半导体接触
➢金-半接触的电荷与电场分布
假设金属为完美导体，由半导体迁 移过来的电荷将存在于其表面极狭 窄的区域内。
s
qN D
0
W
x
电 荷 分 布 与 单 边 突 变 的 p+-n 结 的 情
况相同。
在x<w处，ρs= qND 在x>w处，ρs= 0 电场大小随着距离增加而线性变小
VbiVEm 2Wq2ND W s 2
耗尽区宽度W可表示为
s
qN D
0
W
x
(a )
W 2s(Vbi V)
qND
E
W
x
Em
半导体内的空间电荷密度QSC
(b )
图 6.5 金 属 － 半 导 体 接 触 中 的
Q S C qD W N 2 qsN D ( V b iV ) (C /c2 ) m ( a ) 电 荷 分 布 、 ( b ) 电 场 分 布
MESFET
源极
栅极
漏极 Z
d
SiO 2
MESFET与MOSFET
n+
rj
L
n+
相似之处：
p z
具有相似的电流-电压特性。 y(Ey)
x(Ex )
衬底
不同之处：
栅 电 极 部分 ， MESFET 利 用 Z 金属-半导体的整流接触取代a 了MOSFET的MOS结构； 源极与漏极部分 ，MESFET 以 欧 姆 接 触 取 代 MOSFET 中 的p-n结。
其中对正向偏压，V为+VF；对反向偏压，V为-VR。
源极
L gs L
栅极
L gd 漏极
n型
半导体绝缘 衬底
L
(a ) M E S F E T 的 透 视 图
栅极
VG 0
源极
a
W
漏极
L
VD
天津工业大学
(b ) M E S F E T 栅 极 区 域 的 截 面 图
现代半导体器件物理
图 6. 10
MESFET及相关器件 3
金属-半导体接触
基本特性
➢功函数定义为费米能级和真空能级之差。 ➢电子亲和力qχ，它是半导体导带端与真空能级的能量差。
(b ) 热 平 衡 时 金 属 － 半 导 体 接 触 的 能 带 图
EV
图 6. 2
➢金-半接触可分为两种形式：整流性与非整流的欧姆性。
金属
绝缘体
天津工业大学
半导体
欧姆接触
(a ) 平 面 工 艺 所 制 作 的 金 半 接 触 的 透 视 图 金属
V
半导体
(b ) 金 半 接 触 的 一 维 结 构
图 6. 2
EV
EF
天津工业大学
现代半导体器件物理
MESFET及相关器件 6
金属-半导体接触
偏压为零
n型半导体
q Bn
qVbi
q(Vbi VF )
正向偏压
（+）
qVF
势垒降低了VF
EC EF EV
(a) 热 平 衡
(b) 正 向 偏 压
p型半导体 EC
EF EV qVbi q Bn
n型半导体
q Bn
独立金属能带图
独立n型半导体能带图
真空能级
金属的功函数 (a )
qm
q ( m )
q
金属
热平衡情形下，一独立金属靠近一独立
qs 半导体
EC EF
半E V 导体的功函数
n型 半 导 体 的 能 带 图
EF
qm
q
q B n q ( m )
q V b i q ( m s )
qs EC
EF
势垒提高了VR
(c) 反 向 偏 压
q(Vbi + VR )
（+）
(c) 反 向 偏 压
q(Vbi + VR ) （-）
图 6.4 不 同 偏 压 情 况 下 ， 金 属 与 n 型 及 p 型 半 导 体 接 触 的 能 带 图
图 6.4 不同偏压情况下，金属与 n 型及 p 型半导体接触的能带图
(b ) 金 半 接 触 的 一 维 结 构
图 真空能级
6. 1
qm 金属
q ( m )
q
qs
半导体
EC EF
EV
(a ) 热 平 衡 情 形 下 ， 一 独 立 金 属 靠 近 一 独 立 n 型 半 导 体 的 能 带 图
q
金属与p型半导体势垒高度
qm qBn
q ( m
)
EF
q V b i q ( m s )
qVbi EC
EF
EV (a) 热 平 衡
q(Vbi VF )
qVF
（-）（-）
qVF
q(Vbi VF )
(b) 正 向 偏 压
p型半导体 EC
EF EV qVbi q Bn
qVF
（+）
q(Vbi VF)
q(Vbi + VR )
q(Vbi + VR )
（-）
qVR
qVR （+）
qVR
qVR
反向偏压
(a )
E
W
x
Em
ExqND(W s x)EmqsD Nx
(b )
图 6.5 金 属 － 半 导 体 接 触 中 的 (a) 电 荷 分 布 、 (b) 电 场 分 布
最大电场Em发生在界面处
Em
qNDW
s
天津工业大学
现代半导体器件物理
MESFET及相关器件 8
金属-半导体接触
降落在空间电荷区的电压为图中 电场曲线下的面积
天津工业大学
现代半导体 器件物理
Physics of Modern Semiconductor Devices
MESFET及相关器件
现代半导体器件物理
2004,7,30
MESFET及相 金半场效应晶体管 调制掺杂场效应晶体管
天津工业大学
现代半导体器件物理
MESFET及相关器件 2
qs EC
EF
qBp Eg(qmq)x
(b ) 热 平 衡 时 金 属 － 半 导 体 接 触 的 能 带 图
EV
图 6. 2
则
q(Bn+Bp )Eg
在n型和p型衬底上的势垒高度和，恰等于半导体的禁带宽度
天津工业大学
现代半导体器件物理
MESFET及相关器件 5
金属-半导体接触
Vbi 为 电 子 由 半 导 体 导 带上欲进入金属时遇到 的内建电势
VbiBn Vn
真空能级
qm 金属
q ( m )
q
qs
半导体
EC EF
EV
qVn ( a ) 热 平 衡 情 形 下 ， 一 独 立 金 属 靠 近 一 独 立 n 型 半 导 体 的 能 带 图
EF
q qm
q B n q ( m )
q V b i q ( m s )
qs EC
(b ) 热 平 衡 时 金 属 － 半 导 体 接 触 的 能 带 图