9-金半接触和半导体异质结

第9章金属半导体和半导体异质结2012年11月金属半导体和半导体异质结9．1肖特基势垒二极管9．2金属．半导体的欧姆接触9．3异质结9．4小结2概念：同质结、异质结、金半结、欧姆接触同质结：同材料PN结异质结：不同材料PN结金半结：金属与半导体接触（肖特基势垒二极管）欧姆接触：没有整流效应的接触功函数：电子溢出表面吸收的最小能量。0mFmeEE金属的功函数：0sFseEE半导体的功函数：0ccFsEEEEcFnsEE电子亲和能39.1肖特基势垒二极管49.1肖特基势垒二极管肖特基势垒：内建电势差：59.1肖特基势垒二极管正反偏突变结近似69.1肖特基势垒二极管非理想因素1.肖特基效应：势垒的镜像力降低2.界面态的影响79.1肖特基势垒二极管非理想因素肖特基效应：势垒的镜像力降低89.1肖特基势垒二极管非理想因素与理想不符χ=4.07eVχ=4.01eV99.1肖特基势垒二极管非理想因素界面态的影响施主型表面态：能级释放电子后显正电性。受主型表面态：能级接受电子后显负电性。10与pn结不同，主要靠多数载流子的运动来决定电流的情况。热电子发射理论：势垒高度远大于kT时，电流的计算可以归纳为计算超越势垒的载流子数目。9.1肖特基势垒二极管电流电压关系119.1肖特基势垒二极管电流电压关系cFdngEfEdE32*342-expnFcmEEEEdEhkT半导体内单位体积中能量在E~E+dE范围内的电子数为：*212cnEEmvbiaeVV'csmEJevdn'cbiacEEeVVE有效理查德森常数129.1肖特基势垒二极管电流电压关系反向电流随反偏电压的增加而增加是由于势垒降低的影响。0BnB*20expexpBsTeeJATkTkT139.1肖特基势垒二极管与PN结比较区别１．反向饱和电流的数量级肖特基势垒二极管的反向饱和电流密度：理想pn结二极管的反向饱和电流密度：1、电流输运机构不同。2、反向电流输运机构不同密度不同。pn结二极管的反偏电流主要由产生电流支配，~10-7A/cm2，比肖特基二极管小2~3个数量级。149.1肖特基势垒二极管与PN结比较0.3V0.7V159.1肖特基势垒二极管与PN结比较区别２开关特性pn结二极管靠少子扩散运动形成电流，外加正偏电压时少子首先形成一定的积累，再靠扩散运动形成电流。肖特基二极管的电流取决于多子通过内建电势的发射电流。外加正偏电压时直接形成漂移电流流走。169.2欧姆接触欧姆接触是接触电阻很低的结，理想状态下，欧姆接触所形成的电流是电压的线性函数。两种欧姆接触：1.使表面不产生势垒的接触2.隧道效应179.2欧姆接触使表面不产生势垒的接触使N型半导体表面更N，不上坡，下坡189.2欧姆接触199.2欧姆接触金属与p型半导体非整流接触的理想情况使p型半导体表面更p209.2欧姆接触前述没有考虑界面态的影响．实际由于界面态的影响，很难很好的形成欧姆接触．上半部为受主态，位于EF下时带负电（图９.１１b）下半部为施主态，位于EF上时带正电（图９.１3b）因此，实际的欧姆接触采用隧道效应219.2欧姆接触隧道效应１００埃左右隧道电流：隧道电流随掺杂浓度的增大而指数增大。22接触电阻值10cVJRV整流接触：*2/exp/BnckTeekTRAT欧姆接触(隧道效应)：*2expsnBncdmRNRc随Nd呈指数规律变化。9.2欧姆接触239.3异质结能带图异质结的分类：反型异质结；nP结，Np结，大写字母表示较宽带隙材料。同型异质结：nN结，pP结有用的异质结，两种材料的晶格常数必须匹配。249.3异质结接触前cnpEevgcEEE接触后，电子从n—p；空穴从p—n；N区存在正空间电荷区；P区存在负空间电荷区；能带发生弯曲；25接触后9.3异质结bibinbipVVV269.3异质结nN结热平衡时理想能带图（三角势阱）GaAsAlGaAs二维电子气：电子堆积在异质结表面的势阱中，沿垂直于表面方向的运动变得量子化，即它的能量只能取一系列的分立值；而平行于表面的运动仍是自由的，能量可以是任意值。279.3异质结三角形势阱zxy低掺杂散射小289.3异质结IV特性类似整流接触Ew为有效势垒高度29小结金半接触——整流接触；势垒高度的计算；外加电压存在时，肖特基势垒的变化；肖特基势垒二极管的理想I-V关系；肖特基二极管与pn结二极管的区别；电子亲和准则：在一个理想的异质结中，导带处的不连续是由于两种半导体材料电子亲和能的不同引起的。30END31