WM<WS, 金属的费米能级高于 n型半导体的费米能级,金属 中的电子向半导体中移动,在 半导体表面形成电子累积的 负空间电荷区.
Wm<Ws
n型反阻挡层（理想欧姆接触）
半导体表面带负电,空间电荷区电场的方向由半导体表面指向 体内，表面电子的能量低于体内，能带向下弯曲，表面处电子 浓度远大于体内。所以此时的空间电荷区是一个很薄的高电导 层，称之为反阻挡层（表面电子积累），对半导体和金属的接 触电阻影响很小。
在空间电荷区内便存在一定的电场，造成能带弯曲，使半 导体表面和内部之间存在电势差Vs，即表面势。
这时接触电势差一部分降落在空间电荷区，另一部分降落 在金属和半导体表面之间。
Ws
Wm q
Vms
Vs
若D小到可以与原子间 距相比较，电子可自由 穿过间隙
接触电势差绝大部分降 落在空间电荷区。
电子亲合能X
定义:E0与Ec之差
E0 EC
半导体功函数
半导体功函数
Ws E0 (EF )s
电子亲合能,它表示要使半导
体导带底的电子逸出体外所 需要的
Ws [Ec (EF )s ] En
En Ec (EF )s
n
=
En q
半导体的功函数与杂质浓度的关系
的流动。
它们之间的电势差完全补偿了原来费米能级的不同
Vms
Vm
Vs Ws
Wm q
随着D的减小，靠近半导体一侧的金属表面负电荷密度增 加，同时，靠近金属一侧的半导体表面的正电荷密度也随 之增加。
由于半导体中电荷密度的限制，这些正电荷分布在半导体 表面相当厚的一层表面层内，即空间电荷区。
半导体中的电子将向金属流动，使金属表面带负电，半导体表
面带正电。
它们所带电荷在数值上相等的，整个系统仍保持电中性，结果
降低了金属的电势，提高了半导体的电势。
当它们的电势发生变化时，其内部的所有电子能级及表面处的
电子能级都随同发生相应的变化，最后达到平衡状态
金属和半导体的费米能级在同一水平上，这时不再有电子的净
Vs<0,它使半导体表面电子的能量 高于体内，能带向上弯曲，即形成 表面势垒。
在势垒区中，空间电荷主要由电 离施主形成，电子浓度要比体内小 得多，是一个高阻的区域，称为阻 挡层(电子)。具有整流接触。
阻挡层形成的条件
金属与n型半导体接触: WM＞WS 金属与p型半导体接触: WM<WS
WM＜WS的情况
第七章 金属和半导体的接触
金属－半导体接触
➢ 金－半接触的整流效应是半导体物理效应的早期发现之一，并且最早 付诸应用：
➢
1874年，德国物理学家布劳恩发现金属探针与PbS和FeS2晶体的接触 具有不对称的伏安特性；
➢ 1876年，英国物理学家亚当斯发现光照能使金属探针与Se的点接触 产生电动势；
➢ 1883年，福里茨发现金属探针与Se的点接触的整流特性；
Al
4.59 5.20 4.55 4.42 4.21 5.36 4.18
半导体的功函数
半导体中的电子从半导体中逸出必须由外界给它以足 够的能量.
半导体的功函数类似定义为真空能级E0与半导体 费米能级EFs能量之差Ws= E0 – EFs
半导体的功函数WS是杂质浓度的函数，而不像金 属那样基本为一常数。
例 ：n
EC EF
型材料，强电离区：ND =Nce k0T
EF
Ec
k0T
ln
ND Nc
几种半导体的电子亲和能及其在不同掺杂浓度下的功函数计算值
半
电子亲
导 合能X
体
(eV)
Si 4.05 Ge 4.13 GaAs 4.07
功函数Ws(eV)
n型 ND (cm-3)
p型 NA(cm-3)
1014
1015
7.1.1 金属和半导体的功函数
在绝对零度时，金属中的电子填满了费米能级以下的所有 能级，而高于EF的能级则全部是空着的。
在一定温度下．只有EF附近的少数电子受到热激发，由低 于EF的能级跃迁到高于EF的能级上去，
但是绝大部分电子仍不能脱离金属而逸出体外。
这说明金属中的电子虽然能在金属中自由运动，
功函数越大，电子越不容易离 开金属。
金属的功函数约为几个电子伏 特。
铯的功函数最低，为1.93eV
铂的最高．为5.36eV。
功函数的值与表面状况有关
金属功函数随原子序数的递增 呈现周期性变化。
元素
Al
功函数 4.18
几种常见元素的功函数（eV）
几种常见元素的功函数（eV）
Cu Au W
Ag Mo Pt
1016
1014
1015
1016
4.37 4.31 4.25 4.87 4.93 4.99
4.43 4.37 4.31 4.51 4.57 4.63
4.29 4. 23 4.17 5.20 5.26 5.32
半导体的功函数 WS= E0 - EFS
EFS ↑ → WS ↓
7.1.2 接触电势差
金属与n型半导体接触为例 它们有共同的真空静止电子能级 并假定金属的功函数大于半导体的功函数 接触前，尚未达到平衡时的能级图
但绝大多数所处的能级都低于体外能级。要使电子从金属 中逸出，必须由外界给它以足够的能量
金属的功函数
金属功函数
Eo
Wm E0 (EF )m
Wm (EF)m
E0表示真空中静止电子的能量
它表示一个起始能量等于费米能级的电子，由金 属内部逸出到真空中所需要的最小能量。
功函数的大小标志着电子在金 属中束缚的强弱
Ws
Wm q
Vs
VD
,
Vs <0
金属一边的势垒高度是
qns qVD En qVs En Wm Ws En Wm
肖特基势垒高度只与金属的功函数和半导体的亲和能有关, 与半导体掺杂与否没有关系。
若 Wm>Ws ， 半 导 体 表 面 形 成 正 的 空间电荷区,电场由体内指向表面
1904年，美国电气工程师鲍斯获得Si和PbS点接触整流器的专利权
1906年，美国电气工程师皮卡德获得点接触晶体检波器的专利权，这种 器件是晶体检波接收机（即矿石收音机）的关键部件；
1920年，硒（Se）金－半接触整流器投入应用；
1926年，Cu2O点接触整流二极管问世，并在二战中应用于雷达检波。
7.1 金属半导体接触及其能级图
7.1.2 接触电势差
金属与n型半导体接触为例,它们有共同的真空静止电子能级,并假定金属的功函数
大于半导体的功函数 wm>ws
接触前，尚未达到平衡时的能级图
Eo Wm EF
S
WS
EF
m
n
Wm > Ws
半导体的费米能级高于金属的费米能级。
如果用导线把金属和半导体连接起来，它们就成为一个统一的
电子系统。