半导体界面问题概要.ppt

文档介绍：Semiconductor Physics
2018/7/27
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第六章半导体界面问题概要
§1 金属-半导体接触和肖特基势垒
§2 肖特基二极管及其I-V特性
§3 半导体表面电场效应
§4 理想MOS结构
§5 MOS结构的C-V特性
§6 MOS结构中的其它效应
§7 异质结
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§1 金属-半导体接触和肖特基势垒
(1)    金属和半导体的功函数
(2)    金属-半导体接触电势差
(3) 表面态对接触势垒的影响
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金属/半导体接触和肖特基势垒
M/S接触(Contact)为金属(M)与半导体(S)接触形成的基本结构,通常形成肖特基势垒(Shottky Barrier),称为肖特基接触。
影响肖特基势垒的因素有:金属和半导体的功函数、金属感应的镜像电荷产生的镜像势、界面的陷阱态能级及其密度等。
由此形成的结称为肖特基二极管,可作为整流结(肖特基势垒)器件使用。
在特定的条件下M/S接触也可形成欧姆型接触。
欧姆接触,可为半导体器件之间的连接提供的低阻互连。
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M/S接触的形成
M/S结构通常是通过在干净的半导体表面淀积金属而形成。利用金属硅化物(Silicide)技术可以优化和减小接触电阻,有助于形成低电阻欧姆接触。
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★金属和半导体的功函数
功函数: W= EVAC-EF,
( EVAC --真空中静止电子的能量,亦记作E0 )
功函数给出了固
体中EF处的电子
逃逸到真空所需
的最小能量.
图7-1
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金属功函数Z
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关于功函数的几点说明:
①对金属而言, 功函数Wm可看作是固定的. 功函数Wm标志了电子在金属中被束缚的程度.
对半导体而言, 功函数与掺杂有关
②功函数与表面有关.
③功函数是一个统计物理量
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对半导体,电子亲和能χ是固定的,功函数与掺杂有关。
半导体功函数与杂质浓度的关系(表7-1)
图7-3
♦ n型半导体: WS=χ+(EC-EF)
♦ p型半导体: WS=χ+[Eg-(EF-EV)]
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热平衡情形下M/S接触的能带图
假设金属与半导体功函数差为:Wms,且一般情况下不为0。
当金属和半导体形成接触时,如果二者的功函数不同(费米能级不等),则会发生载流子浓度和电势的再分布,形成肖特基势垒。通常会出现电子从功函数小(费米能级高)的材料流向功函数大的材料,直到两材料体内各点的费米能级相同(即Ef =常数)为止。半导体体内载流子的再分布会形成载流子耗尽或积累,并在耗尽区或积累区发生能带弯曲,而在金属体内的载流子浓度和能带基本没有变化。
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★金属和半导体接触电势差
一种典型情况:
讨论M/n型半导体, Wm>Ws(阻挡层)
①接触电势差--为了补偿两者功函数之差,金属与半导体之间产生电势差:
Vms=(Ws –Wm)/e
♦当Wm>Ws , Vms<0 (金属一边低电势)
(反阻挡层)
♦通常,可认为接触电势差全部降落于空间电荷区.