而与半导体掺杂浓度无关的现象 表面受主态密度很高的表面受主态密度很高的n型半导体与金属接触能带图型半导体与金属接触能带图(a) 接触前接触前E0Wm(EF)mq ns(EF)sECqVD(省略表面态能级）省略表面态能级） 金和半接触时金和半接触时, 当半导体的表面态密度很高时当半导体的表面态密度很高时 电子从半导体流向金属电子从半导体流向金属 这些电子由受主表面态提供这些电子由受主表面态提供 平衡时，费米能级达同一水平平衡时，费米能级达同一水平Wm(EF)sECqVDWm-Ws(b) 紧密接触紧密接触空间电荷区的正电荷空间电荷区的正电荷＝表面受主态上的负电荷＝表面受主态上的负电荷＋金属表面负电荷＋金属表面负电荷 表面受主态密度很高的表面受主态密度很高的n型半导体与金属接触能带图型半导体与金属接触能带图(c) 极限情形极限情形(EF)sECq ns 半导体的势垒高度半导体的势垒高度半导体内的表面势垒半导体内的表面势垒 qVD 在接触前后不变在接触前后不变因表面态密度很高，表面态中跑掉部分电子后，因表面态密度很高，表面态中跑掉部分电子后，表面能级表面能级 q 0 的位置基本不变的位置基本不变 势垒高度势垒高度金属和金属和 p 型半导体接触时情形类似型半导体接触时情形类似 金－半接触的的势垒高度与金属的功函数无关金－半接触的的势垒高度与金属的功函数无关 只取决于表面能级的位置只取决于表面能级的位置当表面态起主要作用时当表面态起主要作用时表面态密度不同，紧密接触时，接触电势差表面态密度不同，紧密接触时，接触电势差有一部分要降落在半导体表面以内，金属功有一部分要降落在半导体表面以内，金属功函数对表面势垒将产生不同程度的影响，但函数对表面势垒将产生不同程度的影响，但影响不大。
影响不大但是但是 §８８.2 金属半导体接触（阻挡层）金属半导体接触（阻挡层） 整流理论整流理论金－金－ n 型半接触，型半接触，Wm > Ws 时，在半导体时，在半导体表面形成一个高阻区域，叫表面形成一个高阻区域，叫阻挡层阻挡层有外加有外加 V 时，表面势为时，表面势为(Vs)0＋＋V无外加无外加 V 时，表面势为时，表面势为(Vs)0电子势垒高度为电子势垒高度为V 与与 (Vs)0 同符号时，阻挡层势垒提高同符号时，阻挡层势垒提高V 与与 (Vs)0 反符号时，阻挡层势垒下降反符号时，阻挡层势垒下降 外加电压对外加电压对 n 型阻挡层的影响型阻挡层的影响(a) V=0q nsqVD =－－q(Vs)0 外加电压对外加电压对 n 型阻挡层的影响型阻挡层的影响(b) V > 0q nsqV－－q[(Vs)0+V]金属正，半导体负金属正，半导体负从半到金的电子数目增加，从半到金的电子数目增加，形成从金到半的正向电流，形成从金到半的正向电流，此电流由多子构成此电流由多子构成V , 势垒下降越多，势垒下降越多， 正向电流越大正向电流越大因因 Vs<0 (c) V < 0金属负，半导体正金属负，半导体正- qVq ns－－q[(Vs)0+V]从半到金的电子数目减少，从半到金的电子数目减少，金到半的电子流占优势金到半的电子流占优势形成从半到金的反向电流形成从半到金的反向电流金属中的电子要越过很高的金属中的电子要越过很高的势垒势垒 q ns，所以反向电流很小，所以反向电流很小q ns不随不随V变，所以从金到半的电子流恒定。
变，所以从金到半的电子流恒定V , 反向电流饱和反向电流饱和 阻挡层具有整流作用阻挡层具有整流作用对对p型阻挡层型阻挡层V<0, 金属负偏，形成从半向金的正向电流金属负偏，形成从半向金的正向电流V>0, 金属正偏，形成反向电流金属正偏，形成反向电流 1. 厚阻挡层的厚阻挡层的扩散理散理论 对对n型阻挡层，当势垒的宽度比电子的型阻挡层，当势垒的宽度比电子的平均自由程大得多时，电子通过势垒区要发平均自由程大得多时，电子通过势垒区要发生多次碰撞生多次碰撞当当势垒高度远大于势垒高度远大于 kT 时，势时，势垒区可近似为一个耗尽层垒区可近似为一个耗尽层厚阻挡层厚阻挡层须须同时考虑漂移和扩散同时考虑漂移和扩散0xdxq nsEF00VEn=q n 耗尽层中，载流子极少，杂质全电耗尽层中，载流子极少，杂质全电离，空间电荷完全由电离杂质的电荷形成离，空间电荷完全由电离杂质的电荷形成这时的泊松方程是这时的泊松方程是若半导体是均匀掺杂的，那么耗尽层中的电若半导体是均匀掺杂的，那么耗尽层中的电荷密度也是均匀的，等于荷密度也是均匀的，等于qND {0– 势垒宽度势垒宽度V与与(Vs)0同号时，势垒高度提高，势垒宽度增大同号时，势垒高度提高，势垒宽度增大厚度依赖于外加电压的势垒，叫厚度依赖于外加电压的势垒，叫肖特基势垒肖特基势垒。
考虑漂移和扩散，流过势垒的电流密度考虑漂移和扩散，流过势垒的电流密度 V>0 时，若时，若 qV>>kT, 则则V<0 时，若时，若 qV >>kT, 则则JsD 随电压变化，不饱和随电压变化，不饱和金属半导体接触伏安特性金属半导体接触伏安特性VI扩散理论适用于扩散理论适用于迁移率小的半导体迁移率小的半导体 计算超越势垒的载流子数目（电流）计算超越势垒的载流子数目（电流）就是就是热电子发射理论热电子发射理论2. 热电子发射理论热电子发射理论N型阻挡层很薄时型阻挡层很薄时:•电子的平均自由程远大于势垒宽度，电子的平均自由程远大于势垒宽度，扩散理论不再适用扩散理论不再适用.•电子在势垒区的碰撞可忽略，势垒高度起作用电子在势垒区的碰撞可忽略，势垒高度起作用以以n型阻挡层为例，且假定势垒高度型阻挡层为例，且假定势垒高度 电子从金属到半导体所面临的势垒高度电子从金属到半导体所面临的势垒高度不随外加电压变化从金属到半导体的电不随外加电压变化从金属到半导体的电子流所形成的电流密度子流所形成的电流密度J m s是个常量，它是个常量，它应与热平衡条件下，即应与热平衡条件下，即V=0时的时的 J s m大小大小相等，方向相反。
因此，相等，方向相反因此， 有效理查逊常数有效理查逊常数热电子向真空发射的有效理查逊常数热电子向真空发射的有效理查逊常数 由上式由上式得到总电流密度为：得到总电流密度为： Ge, Si, GaAs的迁移率高，自由程大，它们的的迁移率高，自由程大，它们的肖特基势垒中的电流输运机构，主要是多子肖特基势垒中的电流输运机构，主要是多子的热电子发射的热电子发射热电子发射理论得到的伏－安特性与扩散理论热电子发射理论得到的伏－安特性与扩散理论的一致 3. 镜象力和隧道效应的影响镜象力和隧道效应的影响锗检波器的反向特性锗检波器的反向特性 若若电子距金属表面的距离为电子距金属表面的距离为x，，则它与感应则它与感应正电荷之间的吸引力，相当于该电子与位正电荷之间的吸引力，相当于该电子与位于于(–x)处的等量正电荷之间的吸引力，这个处的等量正电荷之间的吸引力，这个正电荷称为正电荷称为镜象电荷镜象电荷在在金属金属–真空系统中，一个在金属外面的电子，真空系统中，一个在金属外面的电子，要在金属表面感应出正电荷，同时电子要受到要在金属表面感应出正电荷，同时电子要受到正电荷的吸引正电荷的吸引1）镜象力的影响）镜象力的影响 +-镜象电荷电子–x´nx镜镜 象象 电电 荷荷这个吸引力称为这个吸引力称为镜象力镜象力，它应为，它应为 把电子从把电子从x点移到无穷远处，电场力所做的功点移到无穷远处，电场力所做的功半导体和金属接触时，在耗尽层中，选半导体和金属接触时，在耗尽层中，选(EF)m为势能零点，由于镜像力的作用，电子的势能为势能零点，由于镜像力的作用，电子的势能 qΔΦqΦns(EF)m0无镜象力有镜象力xm镜象势能平衡时镜象平衡时镜象力对势垒的力对势垒的影响影响x 电电势能在势能在 xm 处出现极大值，这个极大处出现极大值，这个极大值发生在作用于电子上的镜象力和电场值发生在作用于电子上的镜象力和电场力相平衡的地方，即力相平衡的地方，即若若 , 从上式得到从上式得到 势垒顶向内移动，并且引起势垒的降低势垒顶向内移动，并且引起势垒的降低 q 。
势能的极大值小于势能的极大值小于qΦns这说明，镜象力使这说明，镜象力使平衡时，平衡时， q 很小，可忽略很小，可忽略外加电压非平衡时，外加电压非平衡时， 势垒极大值所对应的势垒极大值所对应的x值值 当反向电压较高时，势垒的降低变得明显，当反向电压较高时，势垒的降低变得明显，镜象力的影响显得重要镜象力的影响显得重要势垒的降低量势垒的降低量镜象力所引起的势垒降低量随反向电压的增加镜象力所引起的势垒降低量随反向电压的增加而缓慢地增大而缓慢地增大 不考虑镜像力的影响时不考虑镜像力的影响时考虑镜像力的影响时考虑镜像力的影响时JsD中的中的变为变为V , JsD （（2）隧道效应的影响）隧道效应的影响能量低于势垒顶的电子有一定概率穿过势垒，能量低于势垒顶的电子有一定概率穿过势垒，穿透的概率与电子能量和势垒厚度有关穿透的概率与电子能量和势垒厚度有关隧道效应的简化模型隧道效应的简化模型对于一定能量的电子，存在一个临界势垒厚度对于一定能量的电子，存在一个临界势垒厚度xc,若若 xd>xc, 则电子完全不能穿过势垒；则电子完全不能穿过势垒；若若 xd
左右，且有更好的高频特性利用金属－半导体整流接触特性制成的二极管利用金属－半导体整流接触特性制成的二极管 §８８·3 少数载流子的注入少数载流子的注入 和欧姆接触和欧姆接触1· 少数载流子的注入少数载流子的注入 N型半导体的势垒和阻挡层都是对电子型半导体的势垒和阻挡层都是对电子而言，由于空穴所带电荷与电子电荷符号而言，由于空穴所带电荷与电子电荷符号相反，相反，电子的阻挡层就是空穴的积累层电子的阻挡层就是空穴的积累层空穴的浓度在表面最大空穴的浓度在表面最大 空穴电流的大小，首先决定于阻挡层中空穴电流的大小，首先决定于阻挡层中的空穴浓度只要势垒足够高，靠近接触的空穴浓度只要势垒足够高，靠近接触面的空穴浓度就可以很高面的空穴浓度就可以很高空穴自表面向内部扩散正偏时，势垒降低，空穴自表面向内部扩散正偏时，势垒降低，空穴扩散占优势，形成的电流与电子电流同向空穴扩散占优势，形成的电流与电子电流同向 Ec(0)Ev(0)EcEFEvN型反型层中的载流子浓度型反型层中的载流子浓度如果在接触面附近，费米能级和价带顶的如果在接触面附近，费米能级和价带顶的距离距离则则 p(0) 值应和值应和 n0 值相近，值相近，n(0)也近似等于也近似等于p0 势垒中空穴和电子所处的情况几乎完全相势垒中空穴和电子所处的情况几乎完全相同，只是空穴的势垒顶在阻挡层的内边界。
同，只是空穴的势垒顶在阻挡层的内边界 在在加正向加正向电压时，空穴将流向半导体，但电压时，空穴将流向半导体，但它们并不能立即复合，必然要在阻挡层内界它们并不能立即复合，必然要在阻挡层内界形成一定的积累，然后再依靠扩散运动继续形成一定的积累，然后再依靠扩散运动继续进入半导体内部进入半导体内部EF)mEc积累扩散少数少数载流载流子的子的积累积累 上图上图说明这种积累的效果显然是阻碍空穴说明这种积累的效果显然是阻碍空穴的流动因此，空穴对电流贡献的大小还的流动因此，空穴对电流贡献的大小还决定于空穴进入半导体内扩散的效率决定于空穴进入半导体内扩散的效率在在金属和金属和n型半导体的整流接触上加正电型半导体的整流接触上加正电压时，就有空穴从金属流向半导体这种压时，就有空穴从金属流向半导体这种现象称为现象称为少数载流子的注入少数载流子的注入 空穴从金属注入半导体，实质上是半空穴从金属注入半导体，实质上是半导体价带顶部附近的电子流向金属，填导体价带顶部附近的电子流向金属，填充金属中充金属中(EF)m以下的空能级，而在价带以下的空能级，而在价带顶附近产生空穴顶附近产生空穴 2· 欧姆接触欧姆接触金属－半导体接触金属－半导体接触{整流接触－肖特基势垒整流接触－肖特基势垒非整流接触－欧姆接触非整流接触－欧姆接触欧姆接触欧姆接触是指这样的接触：它不产生明是指这样的接触：它不产生明显的附近阻抗，而且不会使半导体内部显的附近阻抗，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。
的平衡载流子浓度发生显著的改变 重重掺杂的掺杂的P-N结可以产生显著的隧道电流结可以产生显著的隧道电流金属和半导体接触时，如果半导体掺杂浓度金属和半导体接触时，如果半导体掺杂浓度很高，则势垒区宽度变得很薄，电子也要通很高，则势垒区宽度变得很薄，电子也要通过隧道效应贯穿势垒产生相当大的隧道流，过隧道效应贯穿势垒产生相当大的隧道流，甚至超过热电子发射电流而成为电流的主要甚至超过热电子发射电流而成为电流的主要成分利用隧道效应的原理在半导体上制造欧姆接触利用隧道效应的原理在半导体上制造欧姆接触当当隧道电流占主导地位时，它的接触电隧道电流占主导地位时，它的接触电阻可以很小，可以用作欧姆接触阻可以很小，可以用作欧姆接触。