半导体物理作业(七)答案

半导体物理作业(七)答案第七章金属和半导体的接触1.基本概念1）什么是金属的功函数？答：金属费米能级的电子逸出到真空中所需要的能量，即()mFmEEW?=0。其中E0：真空中电子的静止能量，(EF)m：金属的费米能。随着原子序数的递增，金属的功函数呈周期性变化。2）什么是半导体的电子亲和能？答：半导体导带底的电子逸出到真空中所需要的能量，即C0EE?=χ。其中E0：真空中电子的静止能量，EC：半导体导带底的能量。3）以金属-n型半导体接触为例，如果金属的功函数大于半导体的功函数，即WmWs，则半导体表面的空间电荷、电场和表面势垒具有什么特点？如果WmWs，又如何呢？答：金属-n型半导体接触，如果WmWs，电子从半导体流向金属。半导体表面形成正的空间电荷区，电场方向由体内指向表面，形成表面势垒。在势垒区，空间电荷主要由电离施主形成，电子浓度比体内低很多，为高阻区域，称为阻挡层。如果Wm4）什么是表面态对势垒的钉扎？答：表面态密度存在时，即使不与金属接触，表面也会形成势垒。高的表面态密度，可以屏蔽金属接触的影响，使半导体势垒高度几乎与金属的功函数无关，即势垒高度被高的表面态密度钉扎（pinned）5）为什么金属-n型半导体接触器件具有整流作用？答：外加电压V，如果使金属的电势升高，由于n型半导体高阻挡层为高阻区，外压V将主要降落在阻挡层，则势垒下降，电阻下降。反之，如果金属的电势下降，则势垒增高，势垒区电子减少（多子），电阻更高。因此阻挡层具有类似于pn结的整流作用。6）以金属-n型半导体接触为例，写出势垒宽度大于电子的平均自由程时，其扩散电流密度与电压的关系。与pn结的电流密度-电压关系比较，各自具有什么相同和不同的特点？答：金属-n型半导体接触，扩散电流为?????????=1kTqVsDeJJ，()TkqVrDDsDDeVVqNJ02/102????????=εεσ与pn结的电流密度-电压关系比较，二者均具有单向性的特征；所不同的是，金属-n型半导体接触的反向电流随外加电压增加呈1/2次方增加，而pn结的反向电流不随电压变化。7）金属-n型半导体接触的热电子发射电流与其扩散电流比较有什么相同和不同之处？答：金属-n型半导体接触，热发射电流为?????????=1kTqVsTeJJ，TkqsDnseTAJ02*φ?=与扩散电流的单向性一致，但是JsT只与温度有关，与外加电压无关。1.根据下列金属的功函数（单位:电子伏特，eV），求Al-Cu、Au-Cu、W-Al、Cu-Ag、Al-Au、Mo-W、Au-Pt的接触电势差，并标出电势的正负。金属AgAlAuCuMoPtW功函数4.264.285.14.654.65.654.552.两种金属A和B通过金属C相接触，若温度相等，证明其两端a和b的电势差同A和B直接接触的电势差一样。如果A是Au，B是Ag，C是Cu或Al，则Vab为多少伏特？3.施主浓度ND=1017cm-3的n型硅，室温下的功函数是多少？若不考虑表面态的影响，它分别同Al、Au、Mo接触时，形成阻挡层还是反阻挡层？硅的电子亲活能取4.05eV。4.受主浓度NA=1017cm-3的p型锗，室温下的功函数是多少？若不考虑表面态的影响，它分别同Al、Au、Pt接触时，形成阻挡层还是反阻挡层？锗的电子亲活能取4.13eV。5.某功函数为2.5eV的金属表面受到光的照射。1）这个面吸收红色光（波长：620~750nm）或紫色光（波长：380~450nm）时，能放出光电子吗？2）用波长为185nm的紫外线照射时，从表面放出的光电子的能量是多少eV？6.电阻率为10Ω?cm的n型锗和金属接触形成的肖特基势垒高度为0.3eV。求加上5V反向电压时的空间电荷层厚度。7.在n型硅的(111)面上与金属接触形成肖特基势垒二极管。若已知势垒高度qφns=0.78eV，计算室温下的反向饱和电流。8.有一块施主浓度ND=1017cm-3的n型锗材料，在它的(111)面上与金属接触制成肖特基势垒二极管。已知VD=0.4V，求加上0.3V电压时的正向电流密度。