《半导体物理学——半导体与金属的接触》由会员分享，可在线阅读，更多相关《半导体物理学——半导体与金属的接触（43页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、半导体物理学半导体物理学半导体物理学半导体物理学黄 整黄 整1第七章 金属和半导体的接触第七章 金属和半导体的接触金属的功函数金属的功函数金属费米能级的电子逸出到真空中所 需要的能量()WEE=需要的能量()0mFmWEE=E真空中电子的静止能量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。半导体物理学 黄整半导体物理学 黄整2第七章 金属和半导体的接触第七章 金属和半导体的接触半导体的功函数()0sFsWEE=cEE =0电子亲和能()scFsWEE=+nE=+()ncFsEEE=半导体物理学 黄整半导体物理学 黄整3()s第七章 金属和半
2、导体的接触第七章 金属和半导体的接触 金属和半导体的接触金属和半导体的接触金属型半导体为例设WW金属-n型半导体为例，设WmWs电子能带能 量下降费米能相等费米能等能带能接触前接触后 (间隔大)能带能 量上升半导体物理学 黄整半导体物理学 黄整4(间大)第七章 金属和半导体的接触第七章 金属和半导体的接触接触势垒与阻挡层WW对于金属-n型半导体，如果 WmWs，电子从半导体流向 金属=Wm-Ws+ 电场金属。半导体表面形成正的空间电 荷区电场方向由体内指向+电场荷区，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在势垒区，空间电荷主要由电离施主形成，电子浓度
3、 比体内低很多，为高阻区域，称为阻挡层。如果W 0半导体物理学 黄整半导体物理学 黄整12第七章 金属和半导体的接触第七章 金属和半导体的接触边界条件()()0ddV xE(0)V=边界条件()()0d dxdx= =E(0)nsV= 解得0( )( )()D d rqNdV xxxxdx = =E解得0r21( )D dqNV xxxx= 0( )2dns rV xxxx =()VV外加电压 于金属()()dnV xV= +1 qN()nsDVV= +于金属()201 2D nsDdns rqNVVx +=半导体物理学 黄整半导体物理学 黄整13第七章 金属和半导体的接触第七章 金属和半导体
4、的接触1 ()202rD dVVxqN =势垒宽度DqN()1 22VV +()002rsDVVqN += 表面势Dq外加电压为零时()1 2002rsV 外加电压为零时()00d DxqN= 外加电压使势垒升高的同时，势垒的厚度也 要增加，这种势垒称为肖特基势垒。半导体物理学 黄整半导体物理学 黄整14第七章 金属和半导体的接触第七章 金属和半导体的接触 ( )( )( )dn xJDE电流密度方程( )( )( )nndn xJq n xxDdx=+E电流密度方程爱因斯坦关系( )( )qn x dVdn nqD k T=( )0( )nqn x dVdn xqDk Tdxdx=+ 0k
5、T ( )( )dV xx = E两边乘以指数因子( )dx( )000( )qVqVqV k Tk Tk Tddn xJD ( )000( )k Tk Tk T nJeqDn xeedxdx=+ qV时 0( )qV k T ndqDn x edx = 稳定时J 与x无关半导体物理学 黄整半导体物理学 黄整15第七章 金属和半导体的接触第七章 金属和半导体的接触()( )0dqV xqVqV000 0()(0)dxk Tk Tk T ndJedxqDn xene= 201( )2D dns rqNV xxxx =0D dnsqNxx 0dqVxk Tedx0r0r 000DnsddrqNqq
6、xxxk Tk Teedx 22 000000 21nsDrqq N x k Tk Trk Tee = 0edx0eedx21Ddeeq N x 2qN x()0ns sqqVVk T +()002Dd s rqN xVV += ()0 0000 21sk Tk TrDdk Teeq N x = 设000 2nsq k TrDdk Teq N x ( )TkVVqs00+半导体物理学 黄整半导体物理学 黄整16Ddq N x第七章 金属和半导体的接触第七章 金属和半导体的接触边界条件x=x边界条件x=xd2()D ddqNV xx=0()2ddns rV xx =()nq k T()2dDqV
7、 xqNqx()0 0k T dcn xnN e=()+qVV+()()0002 0dns rxk Tk T dn xen e =()0 0+0snsVVk Tn e+=()0sVV+( )()0 0000(0)snsqVqVk Tk Tnen e+=- -) )0( ) )()()0000+00snssnsqqVVVk Tk Tn en e+半导体物理学 黄整半导体物理学 黄整1700n en e第七章 金属和半导体的接触第七章 金属和半导体的接触()( )0dqV xqVqV()( )000 0()(0)d dqq xk Tk T dnk Tedxn xenJqDe= ()0 001sns
8、qqVVk Tk Tn ee+ 000nsq k Trk Te 01n ee2 Ddeq N x()q VqV()00000 021sq VqV k Tk TrDdnk TJqD n eeq N x =Dd()02sq VqV k Tk TD q n qN x 000001k Tk TnDdrD q n qN xJeek T =半导体物理学 黄整半导体物理学 黄整18第七章 金属和半导体的接触第七章 金属和半导体的接触()1 ()0002 01sq VqV k Tk TnDdD q n qN xJeek T =()2 002rs d DVVxqN += 00rk T 1 ()()0001 22
9、 0021sq VqV Dsk Tk TnqNVVD q neek T+=00rk T 01qV k T sDJe=半导体物理学 黄整半导体物理学 黄整19第七章 金属和半导体的接触第七章 金属和半导体的接触1 ()()0022 002sq V Dsk Tn sDqNVVD q nJek T += 00rk T 1n nqD k T= ()020 02DqV k TDD nqNVVqne =0k T0r ()1 22DqVqNVV() 002k TDDrqNVVe =半导体物理学 黄整半导体物理学 黄整20第七章 金属和半导体的接触第七章 金属和半导体的接触()1VV() 002021DqVq
10、V k Tk TDDrqNVVJee =0r金属半导体接 触伏安特性半导体物理学 黄整半导体物理学 黄整21第七章 金属和半导体的接触第七章 金属和半导体的接触热电子发射理论热电子发射理论? 当n型阻挡层很薄，电子平均自由程远大于势 垒宽度起作用的是势垒高度而不是势垒宽垒宽度。起作用的是势垒高度而不是势垒宽 度。电流的计算归结为超越势垒的载流子数 目。目。? 假定，由于越过势垒的电子数只占半导体总 电子数很少一部分，故半导体内的电子浓度 可以视为常数。? 讨论非简并半导体的情况。半导体物理学 黄整半导体物理学 黄整22第七章 金属和半导体的接触第七章 金属和半导体的接触 ? 能量在EE+dE范
11、围内的单位体积电子数能量在EE+dE范围内的单位体积电子数03*212(2)4()FE E k TnmdEEdE 02 3()4()k Tn cdnEEedEh=3*EEE E ()003*2123(2)4cFcEEE E k Tk Tn cmeEEedEh =h ? 若v为电子运动的速率，则 1cFEE *21 2cnEEm v=0 0k T cnN e=* ndEm vdv=* 23*2m v()3/20*2 22 0 042nm v k Tnmdnnev dvk T=()3/2* 03/2324n CNm k T=h半导体物理学 黄整半导体物理学 黄整2302 k T第七章 金属和半导体
12、的接触第七章 金属和半导体的接触*2223()*2nxyzmvvv+ 0()*2 2 0 02nxyzmvvvk Tn xyzmdnnedv dv dvk T+ =或者02 k T 换一种思路，考虑动量空间222*xyzppp+* 02 0nm k T xyzdnAn edp dp dp= 222 xyzppp+2p * 02nm k T xyzAedp dp dp* 02204npm k TAep dp= 2p()23/2*2 0042x nAm k Tex dx=2 * 02npxm k T=1=3/24=3/2* 01 2nAm k T=半导体物理学 黄整半导体物理学 黄整240n第七章
13、 金属和半导体的接触第七章 金属和半导体的接触3/21222ppp+* 01 2nAm k T=* 02 0xyznpppm k T xyzdnAn edp dp dp+ =222* 03/221xyznpppm k Tn edp dp dp+=0* 02xyz nn edp dp dpm k T=()pmv=()*22203/2* 2 0nxyzmvvvk Tn xyzmn edv dv dv+ =0 02xyzk T ? 单位截面积大小为v 的体积内上述速度单位截面积，大小为vx的体积内，上述速度 范围的电子在单位时间内都可以达到金属和 半导体的界面。半导体物理学 黄整半导体物理学 黄整2
14、5半界第七章 金属和半导体的接触第七章 金属和半导体的接触达到界面的电子要越过势垒必须满足? 达到界面的电子要越过势垒，必须满足()*21m vqVV +()02nxsm vqVV+? 所需要的x方向的最小速度所需要的x方向的最小速度 ()120 0*2sqVVv+= ()*2 01m vqVV= +0*x nvm ()002nxsm vqVV+? 规定电流的正方向是从金属到半导体则从? 规定电流的正方向是从金属到半导体，则从 半导体到金属的电子流所形成的电流密度为 ()2223mvvv+()003*20 02mxyzxmvvvk Tn smzyxxvmJqndvdvv edvk T+ =半导体物理学 黄整半导体物理学 黄整260第七章 金属和半导体的接触第七章 金属和半导体的接触 ()2223*2mxyzmvvvm+
