半导体物理与器件陈延湖n金属半导体结的整流接触特性，即肖特 基势垒PN结的理想电压电流特性n金属半导体结的欧姆接触概念及特性n异质结典型能带结构及性能特点本章重点问题：第九章 金属半导体和半导体异质结n当金属作为引线电极将器件的电流或电压接入电 路时，金半接触需要实现欧姆接触而不是整流接 触n良好的欧姆接触是器件制造的重点和难点，也是 器件所必备的特别对于高频和大功率器件9.2 金属半导体的欧姆接触n对于高频晶体管器件其性能品质因子为特征频率 fT和最高震荡频率fmax良好的欧姆接触保证较小的电极电阻Rb、Rc、Re ，从而获得较大的ft、fmaxn欧姆接触：n它不产生明显的附加阻抗，而且不会使半导体内部的 平衡载流子浓度发生显著的改变n理想欧姆接触的接触电阻很小，欧姆接触上的电压降 应该远小于样品和器件本身的压降；VIVI欧姆接触：线性IV曲线；零偏接触电阻较小n如何实现欧姆接触：n选择合适的金属使半导体形成反阻挡层，反阻挡层没 有整流作用 9.2.1 理想非整流接触势垒金属与n型半导体接触：当m s时，金属与 P型半导体也可以形成欧姆 接触（参见图9.13）n由于半导体表面态的存在，假定半导体能带隙的上半部分存在受主表面态，那么所有受主态都位于EF之下，如图9.11b.这些表面态带负电荷，将使能带图发生变化。
n同样地假定半导体能带隙的下半部分存在施主表面态，如图9.13b，所有施主态都位于EF之上，这些表面态带正电荷，将使能带图发生变化因此表面态的作用可能使反阻挡层变为阻挡层，因而导致无法形成良好的欧姆接触n如何实现欧姆接触：n由于重要半导体材料具有高表面态，往往难以利用选 择金属材料的方法实现欧姆接触在生产实际中常采 用隧道效应在半导体上制造欧姆接触9.2.2 隧道效应n金属半导体接触的空间电荷层宽度与半导体掺杂 浓度的平方根成反比，随着掺杂浓度的增加，遂 穿效应增强金属与重掺杂半导体结的能带图n用比接触电阻Rc表征欧姆接触的好坏：电流 密度对电压求导的倒数，单位为Ω.cm2对高掺杂半导体，隧道电流起主要作用，RC强烈依赖于半导 体掺杂浓度 n辅助措施：n金属与半导体材料合金化，形成稳定的合金物质 ：如对硅材料，形成硅化物，即siliciden针对难以重掺杂的宽禁带化合物，采用与窄带隙 半导体构成缓变异质结来过渡、并加上高掺杂技 术，即在宽带隙半导体表面上加一层高掺杂（型 号相同）的窄带隙半导体、构成一个异质结来实 现欧姆接触n器件中欧姆接触范例：发射极（宽禁带 AlGaAs)： 生长可高掺杂的窄禁 带GaAs层，实现欧姆 接触1e191e161e181e19集电极： 生长子集电 极GaAs层， 重掺1e18， 实现欧姆接 触基极（窄禁带GaAs)： GaAs层重掺杂1e19，实现 欧姆接触n对HBT器件合金前后器件特性对比:通过合金，HBT器件的集电极金半接触电阻变小，HBT器件的饱和电压减小。
9.3 异质结n异质结定义：由两种不同的半导体材料形成的结 称为异质结(heterojunction)n由于形成异质结的两种半导体单晶材料的禁带宽度、 介电常数、折射率、吸收系数等物理参数不同，异质 结(heterojuction)表现出不同于同质结（ homojunction）的性质n异质结器件的发展：n1948年肖克莱提出HBT概念和获得专利；n1960年制造成功第一个异质结；n1969年实现异质结半导体激光器；n 1972年IBM实现HBT器件(GaAs基）；n1980实现HEMT器件；n1987年IBM实现SiGe HBT分子束外延生长 （MBE）n异质结制作技术：外延技术—液相、气相、分 子束等n异质结的分类n反型异质结：指由导电类型相反的两种不同的半导 体材料所形成的异质结如p型Ge与n型GaAs所形 成的结，记为p-nGe-GaAs；若异质结由n型Ge与 p型GaAs所形成，记为n-pGe-GaAsn同型异质结：指由导电类型相同的两种不同的半导 体材料所形成的异质结如n型Ge与n型GaAs形成 n-nGe-GaAsn异质结也可以分为突变型异质结和缓变型异质结两 种n一般把禁带宽度较小的半导体材料写在前面。
或者 用大写字母表示较宽带隙的材料，如隙的材料，如NpNp，，nPnP，，NnNn ，，pPpP9.3.2 异质结能带图n在研究异质结特性时，异质结的能带图起着重 要作用，异质结的能带图取决于形成异质结的 两种半导体的电子亲和势、禁带宽度、及功函 数、界面态等真空能级n窄禁带材料p型Ge和宽禁带材料N型GaAs成结 前的能带图不考虑界面态时的突变反型异质结能带图n形成突变nP异质结后的热平衡能带图Vbi为接触电势差或内建电势差Vbin和Vbip分别为交界面两侧半导 体的内建电势差n突变pN异质结后的热平衡能带图特点1n能带在交界面处不连续，有一个 突变 EC和EV的出现将阻碍 载流子通过界面，这种对载流子 的限制作用是同质结中所没有的导带底处:价带顶处:n突变pN异质结后的热平衡能带图特点2n能带在交界面处出 现”尖峰”和”凹口” 因而可能会出现 电子或空穴的堆积 9.3.3 二维电子气n以同型异质结n/N GaAs-AlGaAs为例，其能带图如下势阱（凹口）中积累了电子n基于量子力学，势阱中的电子能量是量子化的n因此，电子在与界面垂直的方向上有量子化的能级，同时可 以向空间其他两个方向自由移动，这种电子称二维电子气n二维电子气可位于低掺 杂或不掺杂的区域，因 而其中电子的迁移率远 高于存在电离掺杂杂质 的区域的电子的迁移率n如果异质结变为缓变结 ，则二维电子气的迁移 率还可以进一步提高二维电子气的优点：9.3.4静电平衡态n半导体异质结由于特殊的能带结构(能带不连续， 存在势垒尖峰和势阱)及晶格不匹配而引入界面态 等因素，异质结的电流电压关系较同质结复杂的 多。
存在多个电流电压模型：n扩散模型n发射模型n发射复合模型n隧道模型n隧道复合模型等9.3.5 IV特性同质结与异质结电流电压成分对比：n（1）同质结中电子势垒与空穴势垒相同，电 子电流与空穴电流的相对数量级由相对杂质浓 度决定n（2）但在异质结中，电子势垒与空穴势垒有 可能不同，较小的势垒高度导致较大的载流子 电流，实际电流可由势垒高度小的载流子电流 决定n空穴由P型半导体的价带 到N型半导体的价带所遇 势垒高度：n电子由N型半导体的导带 到P型半导体的导带所遇 势垒高度：负反向势垒PN异质结n负反向势垒PN异质结扩散电流表达式：电子扩散流：空穴扩散流：所以：小结n不同功函数的金属和半导体接触特性n金属与半导体的整流接触，肖特基势垒的特性n金属与半导体整流接触的电流电压关系 热电阻发 射理论n肖特基势垒二极管与pn结二极管的不同n欧姆接触的概念与形成方法n异质结能带图 二维电子气。