半導體物理第七章總結(jié)復(fù)習_北郵全新

1、第七章、基本概念1. 半導體功函數(shù)：半導體的費米能級 Ef與真空中靜止電子的能量呂的能量之 差。金屬功函數(shù)：金屬的費米能級 Ef與真空中靜止電子的能量 E的能量之差2. 電子親和能：要使半導體導帶底的電子逸出體外所需的最小能量。3. 金屬-半導體功函數(shù)差 o: （Ef）s-（E F）m=Wm-WsV Wm W4. 半導體與金屬平衡接觸平衡電勢差：q5. 半導體表面空間電荷區(qū)：由于半導體中自由電荷密度的限制，正電荷分布在表面相當厚的一層表面層內(nèi)，即空間電荷區(qū)。表面空間電荷區(qū)=阻擋層=勢壘層6. 電子阻擋層：金屬功函數(shù)大于N型半導體功函數(shù)（Wm>Ws的MS接觸中，電子 從半導體表面逸出到金屬

2、，分布在金屬表層，金屬表面帶負電。半導體表面出現(xiàn) 電離施主，分布在一定厚度表面層內(nèi)，半導體表面帶正電。電場從半導體指向金 屬。取半導體內(nèi)電位為參考，從半導體內(nèi)到表面，能帶向上彎曲，即形成表面勢壘，在勢壘區(qū)，空間電荷主要有帶正電的施主離子組成，電子濃度比體內(nèi)小得多， 因此是是一個高阻區(qū)域，稱為阻擋層?！倦娮訌墓瘮?shù)小的地方流向功函數(shù)大的地方】7. 電子反阻擋層：金屬功函數(shù)小于N型半導體功函數(shù)（Wm<Ws的MS接觸,電子 從金屬流向半導體，半導體表面帶負電，金屬表面帶正電，電場方向指向半導體。 從半導體內(nèi)到表面，能帶下彎曲，半導體表面電子濃度比體內(nèi)高（N型反阻擋層）。8. 半導體表面勢壘（肖

3、特基勢壘）高度：qVDqVs Wm Ws9. 表面勢壘寬度：10. 半導體表面勢：取半導體體內(nèi)為參考電位，半導體表面的勢能 Vs。11 .表面態(tài)：在半導體表面處的禁帶中存在著表面態(tài)，對應(yīng)的能級稱為表面能 級。表面態(tài)一般分為施主型和受主型兩種。若能級被電子占據(jù)時呈中性，施放 電子后呈正電性，成為施主型表面態(tài)；若能級空著的時候為電中性，接收電子后 帶負電，則成為受主型表面態(tài)。一般表面處存在一個距離價帶頂為qf的能級，電子剛好填滿該能級以下所有表面態(tài)時呈電中性。電子填充了該能級以上部分則表面帶負電，電子未填充滿該能級以下的所有能級則表面帶正電。12. 釘扎效應(yīng)：若表面態(tài)密度高，金屬半導體接觸時，電子

4、充入或放出表面態(tài)， 半導體表面形成與體內(nèi)符號相反的電荷、形成高度為2/3半導體禁帶寬度的表面 勢壘，費米能級釘住在表面中性能級上。半導體電子逸出到金屬的勢壘高度基本不變，與半導體摻雜濃度、金屬功函數(shù)無關(guān)，只與表面中性能級位置有關(guān)。功函數(shù)差產(chǎn)生的接觸電勢差大部分降落在 金屬表面與半導體表面之間，少部分降落在半導體表面勢壘區(qū)。13. 施主型表面態(tài)：電子占據(jù)時為電中性、無電子時帶正電的表面態(tài)為施主型表 面態(tài)。14. 受主型表面態(tài)：無電子時為電中性，有電子時帶負電的表面態(tài)為受主型表面 態(tài)。15. 表面中性能級：價帶頂以上約1/3禁帶寬度處的能級是表面中性能級。16. 表面態(tài)密度：17. 理想歐姆接觸：

5、非整流接觸，不產(chǎn)生明顯阻抗，不使半導體平衡載流子濃度 發(fā)生顯著改變，線性對稱電流-電壓關(guān)系。理想歐嘔接俐/7¥18. 接觸電阻：19. 高低結(jié)：N+N結(jié)或P+P結(jié)，內(nèi)建電場從高雜質(zhì)濃度區(qū)指向低雜質(zhì)濃度區(qū)。20. 肖特基勢壘二極管：特點：1正向電流由半導體多子注入金屬形成，注入 電子在金屬中不積累，直接漂移流走，高頻特性好；2正向?qū)妷?.3V左右， 比PN結(jié)二極管低；3制作工藝簡單；4制作MS結(jié)構(gòu)后，不能有高于金屬-半 導體合金溫度的工藝；21. MS肖特基模型：當金屬和半導體接觸時，不考慮接觸界面狀態(tài)的影響，電子 從功函數(shù)較小材料逸出到功函數(shù)較大材料，接觸面附近兩種材料表面狀態(tài)變

6、化，產(chǎn)生阻止半導體多子繼續(xù)轉(zhuǎn)移的接觸電勢差， 當功函數(shù)差引起的電子轉(zhuǎn)移和接觸 電勢差阻止轉(zhuǎn)移達到平衡時，金屬和半導體的費米能級相等，形成穩(wěn)定的MS妾觸勢壘。22. MS巴丁模型：1表面態(tài)在禁帶中準連續(xù)分布；2介帶頂以上約1/3禁帶寬 度處的能級是表面中性能級。 3平衡過程中， 表面中性能級高于體費米能級時， 表面態(tài)放出電子帶正電， 表面附近體內(nèi)帶負電， 能帶下彎曲； 表面中性能級低于 體費米能級時， 電子充入表面態(tài)帶負電， 表面附近體內(nèi)帶正電， 能帶上彎曲； 4 若表面態(tài)密度很高，體費米能級被“釘住”在表面中性能級，表面中性能級始終 等于體費米能級。二、圖像1. 金屬 -N 型半導體接觸形成電

7、子阻擋層情況下的能帶圖2. 金屬 -N 型半導體接觸形成電子反阻擋層情況下的能帶圖3. 正向偏壓下，金屬 /N 型半導體接觸能帶圖表示4. 金屬與半導體歐姆接觸的基本結(jié)構(gòu)示意圖二、論述題1. 擴散理論模型對肖特基勢壘二極管電流-電壓關(guān)系的解釋答：擴散理論在計算肖特基勢壘二極管的IV特性時，以“厚勢壘層”方式進行, 即根據(jù)電流密度的連續(xù)性，計算通過勢壘區(qū)任意點的電流密度，該電流密度包括 擴散和漂移，通過對整個勢壘區(qū)積分，將外加偏壓的作用考慮在電流中（勢壘區(qū) 厚度時外加偏壓的函數(shù)），從而得到IV特性。擴散理論：半導體表面與金屬自由交換電子，即使在外加電壓下，半導體表面電 子濃度始終等于表面平衡電子

8、濃度，電流主要由因子exp（qV/kOT）-1決定。擴散 理論適合阻擋層寬度遠大于載流子平均自由程（半導體雜質(zhì)濃度很低）的情況2. 熱電子發(fā)射理論模型對肖特基勢壘二極管電流 -電壓關(guān)系的解釋答：熱電子發(fā)射理論在計算肖特基勢壘二極管的 IV特性時，以“薄勢壘層”方 式進行，通過計算垂直于 MS接觸面、能量高于半導體勢壘頂點的電子濃度（這 部分濃度與外加偏壓有關(guān)）得到電流密度與偏壓的關(guān)系。熱電子發(fā)射理論：金屬電子進入半導體的勢壘高度不隨外加電壓變化，其電子電流密度等于不加電壓時從半導體到金屬的電子電流密度（方向相反），流過MS接 觸 的 熱 電 子 發(fā) 射 總 電 流 密 度Js mq ns qv

9、A T2e koT (ekoT1)qVJsT（e°1），與外加電壓無關(guān)，強烈依賴溫度。熱電子發(fā)射理論適合阻擋層寬度遠小于載流子平均自由程（半導體雜質(zhì)濃 度很高）的情況?！綧S肖特基勢壘二極管兩種理論的推導不必掌握其每個步驟，只要求掌握方法】3. 形成金屬與半導體歐姆接觸的基本原理和手段答：的N型硅室溫下旳功函數(shù)是多£ -Em=2-8x10Itf7重摻雜的pn結(jié)可以產(chǎn)生顯著的隧道電流。金屬和半導體接觸時，如果半導 體摻雜濃度很高，則勢壘區(qū)寬度變得很薄，電子也要通過隧道效應(yīng)貫穿勢壘產(chǎn)生 相當大的隧道電流，甚至超過熱電子發(fā)射電流而成為電流的主要成分。 當隧道電 流占主導地位時，它

10、的接觸電阻可以很小，可以用作歐姆接觸。4. 肖特基勢壘二極管的主要特點答：特點：<1>正向電流由半導體多子注入金屬形成， 注入電子在金屬中 不積累，直接漂移 流走，高頻特性好；<2>正向?qū)妷?.3V左右，比PN結(jié)二極管低；<3>制作工藝簡單；<4>制作MS結(jié)構(gòu)后，不能有高于金屬-半導體合金溫度的工藝；公式：半導體功函數(shù)計算施主濃度% =曲加 大？忙=上+（毘一耳）眄 =Z- EFb) = 4.05 + 0.15 =按肖特基功函數(shù)模型計算 MS接觸電勢差、勢壘高度例2、施主濃JW = itfnn-5龍二4_0至礦的N型硅，室混下的功函數(shù) 是簽天？不痔慮表面態(tài)影響，它至鋁、金、樹接舵時是形成阻攔層或解、E脣JV7 ft x!rtw凰廠場三心Tb才 " JKfiio肥=Z + (£c -Em) = 4 05+0 15 = WJ2(誇F)機肖特基功函數(shù)木理,與A1接觸的接觸電勢望，肚匹*勺些理99AJ電位高于N型半導體電位(半導體表面形成N型反阻拾 層與也u接觸白嬤觸曲洼，肚空耳竺竺W)99Au電位低干N型半號體電血半導體表面形成N整且扌當層與血檢觸的圈屯電勢Mo電位低于N型半尋本電也 半導體表面換 N型阻把 層3.MS接觸中,電子隧道穿透半導體表面勢壘的幾率X2 E (x) E 12 dxxi二