欧姆接触-现代半导体物理

exp
eB
kT
0
exp
e
kT
反向电流随反偏电压的增加 而增加是由于势垒降低的影响。
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9.1肖特基势垒二极管 与PN结比较
区别１．反向饱和电流的数量级
肖特基势垒二极管的反向饱和电流密度：
理想pn结二极管的反向饱和电流密度：
1、电流输运机制不同，pn结中的电流是由少数载流子的扩散运动决定的，
4
dn gc E fF E dE
E Ec
1 2
mn*v
2
e
Vbi
Va
2mn* h3
32
E
-
Ec
exp
E
EF kT
dE
E Ec e Vbi Va Ec'
Jsm
e
vdn
Ec'
有效理查
德森常数
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9.1肖特基势垒二极管 电流电压关系
Bn B0
J sT
A*T
2
电子亲和能：使半导体导带底的电子逸 出体外所需要的最小能量
与电子电量的商。
9.1肖特基势垒二极管
5
9.1肖特基势垒二极管
肖特基势垒：
内建电势差：
由于m s， 半导体的费米能级高于金属的费米能级， 由热平衡要求， 接触后， 半导体中的电子流向金属，
带正电的离子留在半导体中， 从而形成空间电荷区。
肖特基二极管的开关时间远小于pn结二极管的开关时间。
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9.2金属-半导体的欧姆接触
欧姆接触是金属与半导体的接触，这种接触 不是整流接触，而是接触电阻很低的结，理想状 态下，欧姆接触所形成的电流是电压的线性函数。
两种欧姆接触： 1. 非整流接触--使表面不产生势垒的接触 2. 隧道效应

金属-半导体接触（metal-semiconductorcontact）物理知识大全
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硅器件和集成电路中大量采用的铝-硅接触就是典型的实例。

金属-半导体接触中最重要的有两类典型接触：一类是金属与半导体的没有整流作用的接触，称为欧姆接触，这种接触与一个电阻等效;另一类是整流接触，具有类似于pn结的单向导电性。

上述特性是由于金属-半导体接触时，两者的功函数不同，电子可以从金属流向半导体，或半导体流入金属，从而使半导体表面形成表面势垒(又称阻挡层)或反阻挡层所致。

反阻挡层是很薄的高电导的区域，它对金属和半导体接触电阻影响很小。

表面阻挡层存在使金属-半导体接触具
有整流作用。

在半导体表面处的禁带中存在着表面态，对应能级称为表面能级。

表面能级对表面势垒有很大的影响。

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2. 对于相同的势垒高度，肖特基势垒二极管有的JsD或 JsT比Js大得多。 肖特基势垒二极管正向导通电亚较低，约0.3V左右
3.肖特基势垒二极管的应用 应用于高速集成电路、微波技术中， 如Si TTL电路，雪崩二极管，肖特基势垒栅场效 应晶体管等。
7. 3 少数载流子的注入和欧姆接触
实际中，少数载流子的影响也比较显著。 对n阻挡层，体内电子为n0, 界面处电子浓度
半导体中， 使内部电子从半导体逸出 成为自由电子所需要的最小能量为：
Ws为半导体的功函数
表示半导体导带底的电子逸出体外 需要的最小能量。
Ws=+Ec-EF= + En
若一块金属和一块n型半导体，具有共同的真空静止能级， 且（金属功函数）Wm>Ws （半导体功函数）。
接触前：
接触后：
特征：
特征：1)接触后，半导体中
)d x
qns qV A T exp( ) exp( ) k0T k0T
* 2
A* (
h
3
)
A*称为有效理查逊常数，热电子向真空中发射 A*=120A/(cm2K)
J s m A*T 2 exp(
qns qV ) exp( ) k0T k0T
由于从金属到半导体的势垒高度不随外加电压变化， 从金属到半导体的电子流Jms为一常数。 应与热平衡下(V=0)时的Jsm相等。
qV J J sD exp( 1) k0T J sD qV [ (VD V )]exp( ) r 0 k0T qV J J sD exp( ) k0T 2qND
V>0, qV>>k0T
V<0, qV >>k0T
J J sD

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四、肖特基势垒二极管
(一) 概念 一 肖特基势垒：势垒宽度依赖于外加电压的势垒； 肖特基势垒 肖特基势垒二极管：利用金属－半导体整流接触特性制成的 肖特基势垒二极管 二极管。
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(二)肖特基势垒二极管与 结二极管的异同点 二 肖特基势垒二极管与pn结二极管的异同点 肖特基势垒二极管与 1. 相同点 具有类似的电流—电压关系，即它们都有单向导电性。 2. 区别点 就载流子的运动形式 运动形式而言，pn结正向导通时，由p区注入n 运动形式 区的空穴或由n区注入p区的电子，都是少数载流子 少数载流子，它们 少数载流子 先形成一定的积累，然后靠扩散运动形成电流。这种注入 的非平衡载流子的积累称为电荷存贮效应 电荷存贮效应，它严重地影响 电荷存贮效应 了pn结的高频性能。而肖特基势垒二极管的正向电流，主 要是由半导体中的多数载流子 多数载流子进入金属形成的。它是多数 多数载流子 载流子器件。因此，肖特基势垒二极管比pn结二极管有更 好的高频特性 高频特性。 高频特性
指阻挡层的整流理论。
一、外加电压对n型阻挡层的影响 外加电压对 型阻挡层的影响
(一) 处于平衡态的 型阻挡层 一 处于平衡态的n型阻挡层 对于处于平衡态的阻挡层，从半导体进入金属的电子 流和从金属进入半导体的电子流大小相等，方向相反，构 成动态平衡，因此阻挡层中没有净电流流过 阻挡层中没有净电流流过。 阻挡层中没有净电流流过 对于n型阻挡层，其表面势：
(Vs ) 0 > 0
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三、整流理论的种类
扩散理论(肖特基提出)：对于n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生多次 碰撞，这样的阻挡层称为厚阻挡层 厚阻挡层。扩散理论正是适用于 厚阻挡层 厚阻挡层理论； 热电子发射理论(贝特提出)：当n型阻挡层很薄，以至于电 子平均自由程远大于势垒宽度时，电子在势垒区的碰撞可 以忽略，因此，势垒的性质不重要，起决定作用的是势垒 高度，扩散理论不再适用，适用的是热电子发射理论； 热电子发射与扩散的综合理论(施敏提出) 考虑镜像力与隧道效应的影响来修正整流理论。 考虑镜像力与隧道效应的二、外加电压对p型阻挡层的影响 外加电压对 型阻挡层的影响