最新7金属和半导体的接触

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來已经収得了迅速发展，带來的是一次乂一次的信息科技进步，没有哪一种技术能像它一样，带來社会性的深刻变革。

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。

金屈与半导体接触大致可以分为两类⑴：一种是具有整流特性的肖特基接触（也叫整流接触），另一种是类似普通电阻的欧姆接触。

金屈与半导体接触特性与两种材料的功函数有关。

所谓功函数，也称Z为逸出功，是指材料的费米能级与真空能级之差，即W=E O-E F（E O为真空能级，E F 为费米能级）。

它是表征固体材料对电子的约束能力的物理最。

然而，由于金属与半导体的费米能级有所差别，所以其功函数也不相同。

就金属来而汗，其费米能级E FM一代表电子填充的最高能级水平，所以金属的功函数W M即为金屈向真空发射一个电子所盂要的最低能星（如图1丄1 ”但对半导体的功函数Ws而言，其功函数是杂质浓度的函数,而不像金属那样为一常数，其内部电子填充的最高能级是导带底Eq,而费米能级E FS—般在Ec之下。

所以半导体的功函数W》一般要高于电子逸出体外所需要的最低能量恥半导体的功函数乂可表示成：W尹+En°英中，尸E’・Eq,称为电子亲和势，E II=E C・E FS为费米能级与导带底的能量差（如图1.1.2）o图111金属的电子势阱图112半导体的能带和自由电子势当具有理性洁净平整表而的半导体和金属接触时，二者的功函数W”和Ws，一般说來是不相等。

其功函数差亦为其费米能级之差，即W M-W S=E FS-E FMC所以，当有功函数差的金属和半导体接触并符合理想条件时，从固体物理学我们知EcErs2道，由于存在费米能级之差，电子将从费米能级高的一边转移到费米能级低的一 边，直到两者费米能级持平而进入热平衡态为止。

金属与n型半导体形成欧姆接触引言欧姆接触是电学领域中的一个重要概念，它代表着金属与半导体之间的一种特殊的电学联系。

而在这个联系中，金属的作用就是电的导体，而半导体的特点则在于其载流子密度较低，影响了电的传导。

因此，在金属和半导体的接触面上，通常会形成一个焊点。

本文将对金属和n 型半导体之间的欧姆接触做一个详细的介绍。

金属和n型半导体首先，我们需要了解一下金属和n型半导体的性质。

金属是一种电子密度较高的材料，可以有效地传导电子。

而n型半导体，则是被添加了某些杂质，使得其导电性增强的半导体。

在n型半导体中，由于杂质加入的作用，其电子密度较高，比p型半导体更容易传导电子，所以也被称为“负型半导体”。

电子传输过程当金属和n型半导体形成接触时，两者之间的电子就会发生共价键的形成。

当金属中的自由电子与半导体中的载流子相遇时，它们将在接触面上形成一个电场。

在这个电场的作用下，金属中的自由电子将向半导体中移动，以此来填补n型半导体中的空穴。

这是一个非常快速的过程，因为电子在金属中可以自由地移动，而在半导体中，则需要经过复杂的漂移和扩散过程。

因此，当金属和n型半导体形成接触时，电子将很快地从金属中流入半导体中，使得其导电性增强。

欧姆接触的特点欧姆接触的特点在于：在接触面上，电子的能级对齐。

因为金属和n型半导体之间的接触是一个纯物理过程，所以其能级对齐是非常严格的。

在欧姆接触的过程中，金属和n型半导体之间的接触面是非常小的，通常只有几个分子的大小。

这就使得电子能够在接触面上快速流动，形成一个低电阻的电路。

因此，欧姆接触的导通性能非常优秀，常常被用于电子器件和半导体器件中。

结论金属与n型半导体之间形成的欧姆接触，是电学领域中的一个重要概念。

当金属和n型半导体接触时，其电子密度的差异将形成一个电场，使得电子能够快速地在接触面上流动。

这种电流的传输被称为欧姆接触，由于其导通性能优良，被广泛应用于半导体器件中。

通过对欧姆接触的了解，可以更好地理解电流在金属和半导体中的传播规律。

金属与半导体接触后如何形成欧姆接触概述说明以及解释1. 引言1.1 概述金属与半导体接触后形成欧姆接触是实现电子器件正常工作的重要环节。

在现代电子技术中，金属与半导体之间的接触被广泛应用于各种电子器件中，如晶体管、二极管和集成电路等。

欧姆接触具有低接触电阻和稳定的电流传输特性，能够有效地实现金属与半导体之间的正常电荷传输。

因此，深入研究金属与半导体接触后形成欧姆接触的原理以及相关研究进展对于提高器件性能和发展新型器件具有重要意义。

1.2 文章结构本文将依次介绍金属与半导体相互作用原理、能带理论和费米能级对接触性质的影响、杂质浓度与载流子浓度之间的关系等方面内容。

随后，将详细讨论欧姆接触形成过程的研究进展，包括材料表面处理方法对欧姆接触的影响、接触面积和接触压力对欧姆接触性质的影响，以及界面反应动力学和电荷传输机制的研究进展。

接着介绍了欧姆接触测试方法及常用技术手段，并分析讨论了典型金属与半导体材料欧姆接触实验结果。

最后，总结实验结果并解释欧姆接触机制，同时指出目前研究中存在的不足并提出未来研究方向。

1.3 目的本文旨在系统地介绍金属与半导体接触后形成欧姆接触的原理、过程研究进展以及相关实验方法与结果分析。

通过深入探讨金属与半导体之间的相互作用机制、能带理论和费米能级对接触性质的影响以及杂质浓度与载流子浓度之间的关系，有助于提高对欧姆接触形成过程的理解。

此外，通过探索不同材料表面处理方法、接触面积和压力对欧姆接触性质的影响，并结合界面反应动力学和电荷传输机制等研究进展，可以为优化实验参数提供指导，并改善金属与半导体的欧姆接触质量。

最终，通过总结实验结果和展望未来研究方向，加深对欧姆接触机制的认识并进一步推动相关领域的发展。

2. 金属与半导体接触形成欧姆接触的原理2.1 金属与半导体相互作用金属和半导体之间的接触产生的电子传输是形成欧姆接触的基础。

当金属与半导体接触时，其能带结构和载流子浓度会发生变化，从而影响了电子在界面上的传输性质。

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），另一种是类似普通电阻的欧姆接触。

金属与半导体接触特性与两种材料的功函数有关。

所谓功函数，也称之为逸出功，是指材料的费米能级与真空能级之差，即W=E0-EF（E为真空能级，EF为费米能级）。

它是表征固体材料对电子的约束能力的物理量。

然而，由于金属与半导体的费米能级有所差别，所以其功函数也不相同。

就金属来而言，其费米能级E FM 代表电子填充的最高能级水平，所以金属的功函数WM即为金属向真空发射一个电子所需要的最低能量（如图1.1.1）；但对半导体的功函数WS而言，其功函数是杂质浓度的函数，而不像金属那样为一常数，其部电子填充的最高能级是导带底EC ，而费米能级EFS一般在EC之下。

所以半导体的功函数WS一般要高于电子逸出体外所需要的最低能量χ。

半导体的功函数又可表示成：WS=χ+En。

其中，χ=E0-EC，称为电子亲和势，En=EC-EFS为费米能级与导带底的能量差（如图1.1.2）。

图1.1.1 金属的电子势阱图1.1.2半导体的能带和自由电子势当具有理性洁净平整表面的半导体和金属接触时，二者的功函数WM 和WS，一般说来是不相等。

其功函数差亦为其费米能级之差，即WM -WS=EFS-EFM。

所以，当有功函数差的金属和半导体接触并符合理想条件时，从固体物理学我们知道，由于存在费米能级之差，电子将从费米能级高的一边转移到费米能级低的一边，直到两者费米能级持平而进入热平衡态为止。

第七章 半导体的接触现象半导体的接触现象主要有半导体与金属之间的接触（肖特基结和欧姆接触）、半导体与半导体之间的接触（同质结和异质结）及半导体与介质材料之间的接触。

§7-1 外电场中的半导体无外加电场时，均匀掺杂的半导体中的空间电荷处处等于零。

当施加外电场时，在半导体中引起载流子的重新分布，从而产生密度为)(rρ的空间电荷和强度为)(r∈的电场。

载流子的重新分布只发生在半导体的表面层附近，空间电荷将对外电场起屏蔽作用。

图7-1a 表示对n 型半导体施加外电场时的电路图。

在图中所示情况下，半导体表面层的电子密度增大而空穴密度减小（见图7-1b 、c ），从而产生负空间电荷。

这些空间电荷随着离开样品表面的距离的增加而减少。

空间电荷形成空间电场s ∈，在半导体表面s ∈达到最大值0s ∈（见图7-1d ）。

空间电场的存在将改变表面层电子的电势和势能（见图7-1e 、f ），从而改变样品表面层的能带状况（见图7-1g ）。

电子势能的变化量为)()(r eV r U -=，其中)(r V是空间电场（也称表面层电场）的静电势。

此时样品的能带变化为)()(r U E r E c c+=)(r E v =)(r U E v+ （7-1） 本征费米能级变化为 )()(r U E r E i i+=杂质能级变化为 )()(r U E r E d d+= （7-2）由于半导体处于热平衡状态，费米能级处处相等。

因此费米能级与能带之间的距离在表面层附近发生变化。

无外电场时这个距离为（f c E E -）和（v f E E -） （7-3）而外场存在时则为[]f c E r U E -+)( 和-f E [)(r U E v+] （7-4）比较（7-3）和（7-4）式则知如果E c 和E f 之间的距离减少)(r U，E f 与E v 之间的距离则增加)(r U。

当外电场方向改变时，n 型半导体表面层的电子密度将减少，空穴密度将增加，在样品表面附近的导电类型有可能发生变化，从而使半导体由n 型变为p 型，产生反型层，在离表面一定距离处形成本征区，此处的费米能级位于禁带的中央，见图7-2。

第7章 金属－半导体接触本章讨论与pn 结特性有很多相似之处的金－半肖特基势垒接触。

金－半肖特基势垒接触的整流效应是半导体物理效应的早期发现之一：§7.1金属半导体接触及其能级图一、金属和半导体的功函数1、金属的功函数在绝对零度，金属中的电子填满了费米能级E F 以下的所有能级，而高于E F 的能级则全部是空着的。

在一定温度下，只有E F 附近的少数电子受到热激发，由低于E F 的能级跃迁到高于E F 的能级上去，但仍不能脱离金属而逸出体外。

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，金属中的电子是在一个势阱中运动，如图7-1所示。

若用E 0表示真空静止电子的能量，金属的功函数定义为E 0与E F 能量之差，用W m 表示：FM M E E W -=0它表示从金属向真空发射一个电子所需要的最小能量。

W M 越大，电子越不容易离开金属。

金属的功函数一般为几个电子伏特，其中，铯的最低，为1.93eV ；铂的最高，为5.36 eV 。

图7-2给出了表面清洁的金属的功函数。

图中可见，功函数随着原子序数的递增而周期性变化。

2、半导体的功函数和金属类似，也把E 0与费米能级之差称为半导体的功函数，用W S 表示，即FS S E E W -=0因为E FS 随杂质浓度变化，所以W S 是杂质浓度的函数。

与金属不同，半导体中费米能级一般并不是电子的最高能量状态。

如图7-3所示，非简并半导体中电子的最高能级是导带底E C 。

E C 与E 0之间的能量间隔C E E -=0χ被称为电子亲合能。

它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。

利用电子亲合能，半导体的功函数又可表示为)(FS C S E E W -+=χ式中，E n =E C －E FS 是费米能级与导带底的能量差。

图7-1 金属中的电子势阱图7－2 一些元素的功函数及其原子序数图7-3 半导体功函数和电子亲合能表7-1 几种半导体的电子亲和能及其不同掺杂浓度下的功函数计算值二、有功函数差的金属与半导体的接触把一块金属和一块半导体放在同一个真空环境之中，二者就具有共同的真空静止电子能级，二者的功函数差就是它们的费米能级之差，即W M －W S ＝E FS －E FM 。