金属和半导体的接触

金属和半导体的接触1金属和半导体接触及其能带图金属和半导体的功函数金属1.金属中电子虽然能在金属中自由运动，但绝大多数所处的能级都低于体外能级。

要使电子从金属中逸出，必须有外加能量。

所以金属内部的电子是在一个势阱中运动。

2.金属功函数的定义是真空中静止电子的能量E₀与费米能级Ef能量之差。

表示一个起始能量等于费米能级的电子，由金属内部逸出到真空中所需要的最小能量。

3.功函数的大小标志着电子在金属中束缚的强弱。

W越大，电子越难离开金属。

半导体接触电势差金属与（n型）半导体的接触接触前qФ为金属一边的势垒高度，qVd为半导体一边的势垒高度。

总结当金属与n型半导体接触的时候，若Wm>Ws，能带向上弯曲，即可形成表面势垒，在势垒区中，空间电荷主要由电离施主形成，电子浓度比体内小得多，因此它是高阻域，常称为阻挡层；若是Ws>Wm，能带向下弯曲，此时电子浓度比体内高得多，因而是高电导区域，称为反阻挡层，它是很薄的，对金属和半导体接触电阻的影响很小。

p型半导体和金属接触时与n型半导体的相反。

空间电荷区电荷的积累表面势的形成造成能带的弯曲表面态对接触势垒的影响不同金属与同一半导体材料接触所形成的金属一侧的势垒高度相差不大，金属功函数对势垒高度没有多大影响。

表面能级1.表面处存在一个距离价带顶为qФ₀的能级，若电子正好填满qФ₀以下的所有表面态时，表面呈电中性；若qФ₀以下的表面态空着时，表面带正电，呈现施主型；若qФ₀以上的表面态被电子填空时，表面带负电，呈现受主型。

对于大多数半导体，qФ₀约为禁带宽度的三分之一。

2.假设一个n型半导体存在表面态。

半导体费米能级Ef将高于qФ₀，如果qФ₀以上存在有受主表面态，则在qФ₀到Ef间的能级将基本被电子填满，表面带负电。

如此，半导体表面附近必定出现正电荷，成为正的空间电荷区，结果形成了电子的势垒，势垒高度qVD恰好使得表面态上的负电荷与势垒区的正电荷数量相等，这里着重表明了势垒高度产生的第二层原因。

第七章 金属和半导体接触引言：金属与半导体接触类型：1、 整流接触：金属与轻掺杂半导体形成的接触表现为单向导电性，即具有整流特性，但电流通常由多子所荷载。

由于这种器件主要靠电子导电，消除了非平衡少子的 存储，因而频率特性优于p –n 结；又由于它是在半导体表面上形成的接触，便于散热，所以可以做成大功率的整流器；在集成电路中用作箝位二极管，可以提高集成电路的速度，通常称为肖特基势垒二极管，简称肖特基二极管。

2、 欧姆接触：这种接触正反向偏压均表现为低阻特性，没有整流作用，故也称为非整流接触。

任何半导体器件最后都要用金属与之接触并由导线引出，因此，获得良好的欧姆接触是十分必要的。

§7.1 金属半导体接触及其能带图本节内容：1、 金属和半导体的功函数2、 接触电势差3、 阻挡层与反阻挡层4、 表面态对接触势垒的影响课程重点：金属的功函数：在绝对零度的电子填满了费米能级F E 以下的所有能级，而高于F E 的能级则全部是空着的。

在一定温度下，只有F E 附近的少数电子受到热激发，由低于F E 的能级跃迁到高于F E 的能级上去，但是绝大部分电子仍不能脱离金属而逸出体外，这说明金属中的电子虽然能在金属中自由运动，但绝大多数所处的能级都低于体外能级。

要使电子从金属中逸出，必须由外界给它以足够的能量。

所以，金属内部的电子是在一个势阱中运动。

用0E 表示真空中静止电子的能量，金属功函数的定义是0E 与F E 能量之差，用m W 表示，即m F m E E W )(0-=它表示一个起始能量等于费米能级的电子，由金属内部逸出到真空中所需要的最小能量。

功函数的大小标志着电子在金属中束缚的强弱，m W 越大，电子越不容易离开金属。

半导体的功函数和金属类似：即把真空电子静止能量0E 与半导体费米能级S F E )(之差定义为半导体的函数，即s F s E E W )(0-=。

因为半导体的费米能级随杂质浓度变化，所以半导体的功函数也与杂质浓度有关。

第七章金属和半导体的接触金属—半导体接触指由金属和半导体互相接触而形成的结构，简称M-S 接触。

主要的金属与半导体接触类型：1、单向导电性的整流接触2、欧姆接触§7.1M-S 接触的势垒模型一、功函数和电子亲和能要使一个电子能够逸出金属表面（即能够达到0E 以上的能级），需要给予电子的能量最少应为0m Fm W E E =−，m W 称为金属的功函数或逸出功。

半导体的功函数为0S FSW E E =−半导体的电子亲和势为0C E E χ=−，表示要使半导体导带底的电子逸出体外所需要的最小能量。

此时半导体的功函数又可以表示为：[]S C FS n W E E E χχ=+−=+。

二、理想的M-S 接触的势垒模型假设：①在半导体表面不存在表面态；②M-S 接触之间没有绝缘层或绝缘层很薄(1020o~A )的紧密接触的理想情况。

以金属和n 型半导体的接触为例：1、S mW W <若m S W W >，电子从半导体一侧流向金属一侧，在半导体表面形成正的空间电荷区，产生自建电场，形成负的表面势（从半导体表面到半导体内部的电势之差），能带向上弯曲，形成表面势垒(阻挡层)。

用D V 表示从半导体内部到界面的电势差，则半导体一侧的电子所面临的势垒高度为：D S m s qV qV W W =−=−，称为表面势垒或肖特基势垒；金属一侧的电子所面临的势垒高度为ns D n m q qV E W φχ=+=−2、m SW W <在n 型半导体表面处形成一个高电导区，称为反阻挡层。

金属和p 型半导体接触时：当m S W W >时，表面处能带向上弯曲，形成空穴的反阻挡层；当m S W W <时，表面处能带向下弯曲，形成p 型阻挡层。

三、表面态对接触势垒的影响巴丁最早提出了M-S 接触中有表面态影响的模型，称为巴丁势垒模型。

在半导体表面处的禁带中存在着表面态，对应的能级称为表面能级。

金属-半导体接触1.金属与半导体接触概论以集成电路（IC）技术为代表的半导体技术在近十几年来已经取得了迅速发展，带来的是一次又一次的信息科技进步，没有哪一种技术能像它一样，带来社会性的深刻变革。

半导体技术的实现依赖于半导体的生产与应用，而在半导体的应用过程中，必然会涉及到半导体与金属电极的接触。

大规模集成电路中的铝-硅接触就是典型的实例。

金属与半导体接触大致可以分为两类[1]：一种是具有整流特性的肖特基接触（也叫整流接触），导体中的电子将向金属转移，使金属带负电，但是金属作为电子的的“海洋”，其电势变化非常小；而在半导体内部靠近半导体表面的区域则形成了由电离施主构成的正电荷空间层，这样便产生由半导体指向金属的内建电场，该内建电场具有阻止电子进一步从半导体流向金属的作用。

因此，金属与半导体接触的内建电场所引起的电势变化主要发生在半导体的空间电荷区[2]，使半导体中近表面处的能带向上弯曲形成电子势垒；而空间电荷区外的能带则随同E FS一起下降，直到与E FM处在同一水平是达到平衡状态，不再有电子的流动，如图1.1.3。

图1.1.3：W M>W S的金属与N型半导体接触前后的能带变化，（a）接触前（b）接触后相对于E FM而言，平衡时E FS下降的幅度为W M-W S。

若以V D表示这一接触引起的半导体表面与体内的电势差，显然有qV D=W M-W S（1.1）式中，q是电量，V D为接触电势差或半导体的表面势；qV D也就是半导体中的电子进入金属所必须越过的势垒高度；同样的，金属中的电子若要进入半导体，也要越过一个势垒。

高度为式1.2，式中，qφM极为肖特基势垒的高度。

qφM=W M-χ=qV D+En（1.2）当金属与N型半导体接触时，若W M>W S，则在半导体表面形成一个由电离施主构成的空间电荷区，其中电子浓度极低，对电子的传导性极低，是一个高阻区域，常被称为电子阻挡层。

（2）金属与N型半导体接触，W M<W S时若W M<W S，由于金属与半导体的费米能级不平衡，电子将从金属流向半导体，在半导体表面区域形成负电荷空间区。

金属与半导体接触工艺
金属与半导体接触工艺是一种在半导体芯片制造过程中常用的工艺技术，其目的是将金属材料与半导体材料连接起来，以实现电流的传输或信号的传递。

以下是一些常见的金属与半导体接触工艺：
1.热压焊接：热压焊接是一种通过加热和加压的方式将金属与半导体连接起来的工艺。

在热压焊接过程中，需要将金属丝放置在半导体芯片的表面，然后通过加热和加压的方式将金属丝压入半导体芯片的导电层中，以实现金属与半导体的连接。

2.超声波焊接：超声波焊接是一种利用超声波能量将金属与半导体连接起来的工艺。

在超声波焊接过程中，需要将金属丝放置在半导体芯片的表面，然后利用超声波的能量将金属丝与半导体芯片的导电层紧密连接在一起，以实现金属与半导体的连接。

3.球焊：球焊是一种将金属球焊接到半导体芯片上的工艺。

在球焊过程中，需要将金属球放置在半导体芯片的表面，然后通过加热的方式将金属球熔化并渗透到半导体芯片的导电层中，以实现金属与半导体的连接。

4.覆晶焊接：覆晶焊接是一种将金属与半导体芯片的导电层直接接触并熔合在一起的工艺。

在覆晶焊接过程中，需要将金属材料放置在半导体芯片的导电层表面上，然后通过加热的方式将金属材料与导电层熔合在一起，以实现金属与半导体的连接。

以上是一些常见的金属与半导体接触工艺，不同的工艺具有不同的特点和应用场景。

在实际应用中，需要根据具体的需求和条件选择
合适的工艺技术。