半導(dǎo)體物理第七章總結(jié)復(fù)習(xí)_北郵.doc

第七章一、基本概念1.半導(dǎo)體功函數(shù): 半導(dǎo)體的費(fèi)米能級(jí)EF與真空中靜止電子的能量E0的能量之差。 金屬功函數(shù)：金屬的費(fèi)米能級(jí)EF與真空中靜止電子的能量E0的能量之差2.電子親和能: 要使半導(dǎo)體導(dǎo)帶底的電子逸出體外所需的最小能量。3. 金屬-半導(dǎo)體功函數(shù)差o: (EF)s-(EF)m=Wm-Ws 4. 半導(dǎo)體與金屬平衡接觸平衡電勢(shì)差: 5.半導(dǎo)體表面空間電荷區(qū) : 由于半導(dǎo)體中自由電荷密度的限制，正電荷分布在表面相當(dāng)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(shì)壘層 6.電子阻擋層：金屬功函數(shù)大于N型半導(dǎo)體功函數(shù)（WmWs）的MS接觸中，電子從半導(dǎo)體表面逸出到金屬，分布在金屬表層，金屬表面帶負(fù)電。半導(dǎo)體表面出現(xiàn)電離施主，分布在一定厚度表面層內(nèi)，半導(dǎo)體表面帶正電。電場(chǎng)從半導(dǎo)體指向金屬。取半導(dǎo)體內(nèi)電位為參考，從半導(dǎo)體內(nèi)到表面，能帶向上彎曲，即形成表面勢(shì)壘，在勢(shì)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(gè)高阻區(qū)域，稱為阻擋層。 【電子從功函數(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(dǎo)體功函數(shù)（WmWs）的MS接觸,電子從金屬流向半導(dǎo)體,半導(dǎo)體表面帶負(fù)電,金屬表面帶正電,電場(chǎng)方向指向半導(dǎo)體。從半導(dǎo)體內(nèi)到表面，能帶下彎曲，半導(dǎo)體表面電子濃度比體內(nèi)高（N型反阻擋層）。8.半導(dǎo)體表面勢(shì)壘(肖特基勢(shì)壘)高度: 9.表面勢(shì)壘寬度：10.半導(dǎo)體表面勢(shì): 取半導(dǎo)體體內(nèi)為參考電位，半導(dǎo)體表面的勢(shì)能Vs。11 .表面態(tài): 在半導(dǎo)體表面處的禁帶中存在著表面態(tài)，對(duì)應(yīng)的能級(jí)稱為表面能級(jí)。 表面態(tài)一般分為施主型和受主型兩種。若能級(jí)被電子占據(jù)時(shí)呈中性，施放電子后呈正電性，成為施主型表面態(tài)；若能級(jí)空著的時(shí)候?yàn)殡娭行裕邮针娮雍髱ж?fù)電，則成為受主型表面態(tài)。一般表面處存在一個(gè)距離價(jià)帶頂為qf的能級(jí)，電子剛好填滿該能級(jí)以下所有表面態(tài)時(shí)呈電中性。 電子填充了該能級(jí)以上部分則表面帶負(fù)電，電子未填充滿該能級(jí)以下的所有能級(jí)則表面帶正電。12.釘扎效應(yīng): 若表面態(tài)密度高，金屬半導(dǎo)體接觸時(shí)，電子充入或放出表面態(tài)，半導(dǎo)體表面形成與體內(nèi)符號(hào)相反的電荷、形成高度為2/3半導(dǎo)體禁帶寬度的表面勢(shì)壘，費(fèi)米能級(jí)釘住在表面中性能級(jí)上。 半導(dǎo)體電子逸出到金屬的勢(shì)壘高度基本不變，與半導(dǎo)體摻雜濃度、金屬功函數(shù)無關(guān)，只與表面中性能級(jí)位置有關(guān)。功函數(shù)差產(chǎn)生的接觸電勢(shì)差大部分降落在金屬表面與半導(dǎo)體表面之間，少部分降落在半導(dǎo)體表面勢(shì)壘區(qū)。13.施主型表面態(tài): 電子占據(jù)時(shí)為電中性、無電子時(shí)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(shí)為電中性，有電子時(shí)帶負(fù)電的表面態(tài)為受主型表面態(tài)。15.表面中性能級(jí): 價(jià)帶頂以上約1/3禁帶寬度處的能級(jí)是表面中性能級(jí)。16.表面態(tài)密度： 17.理想歐姆接觸: 非整流接觸，不產(chǎn)生明顯阻抗，不使半導(dǎo)體平衡載流子濃度發(fā)生顯著改變，線性對(duì)稱電流-電壓關(guān)系。18.接觸電阻: 19.高低結(jié): N+N 結(jié)或 P+P 結(jié), 內(nèi)建電場(chǎng)從高雜質(zhì)濃度區(qū)指向低雜質(zhì)濃度區(qū)。20.肖特基勢(shì)壘二極管: 特點(diǎn)： 正向電流由半導(dǎo)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；正向?qū)妷?.3V左右，比PN結(jié)二極管低；制作工藝簡(jiǎn)單；制作MS結(jié)構(gòu)后，不能有高于金屬-半導(dǎo)體合金溫度的工藝；21.MS肖特基模型: 當(dāng)金屬和半導(dǎo)體接觸時(shí)，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)變化，產(chǎn)生阻止半導(dǎo)體多子繼續(xù)轉(zhuǎn)移的接觸電勢(shì)差，當(dāng)功函數(shù)差引起的電子轉(zhuǎn)移和接觸電勢(shì)差阻止轉(zhuǎn)移達(dá)到平衡時(shí)，金屬和半導(dǎo)體的費(fèi)米能級(jí)相等，形成穩(wěn)定的MS接觸勢(shì)壘。 22.MS巴丁模型: 表面態(tài)在禁帶中準(zhǔn)連續(xù)分布；價(jià)帶頂以上約1/3禁帶寬度處的能級(jí)是表面中性能級(jí)。平衡過程中，表面中性能級(jí)高于體費(fèi)米能級(jí)時(shí)，表面態(tài)放出電子帶正電，表面附近體內(nèi)帶負(fù)電，能帶下彎曲；表面中性能級(jí)低于體費(fèi)米能級(jí)時(shí)，電子充入表面態(tài)帶負(fù)電，表面附近體內(nèi)帶正電，能帶上彎曲；若表面態(tài)密度很高，體費(fèi)米能級(jí)被“釘住”在表面中性能級(jí)，表面中性能級(jí)始終等于體費(fèi)米能級(jí)。 二、圖像1.金屬-N型半導(dǎo)體接觸形成電子阻擋層情況下的能帶圖 2.金屬-N型半導(dǎo)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(dǎo)體接觸能帶圖表示 4.金屬與半導(dǎo)體歐姆接觸的基本結(jié)構(gòu)示意圖 三、論述題1.擴(kuò)散理論模型對(duì)肖特基勢(shì)壘二極管電流-電壓關(guān)系的解釋 答：擴(kuò)散理論在計(jì)算肖特基勢(shì)壘二極管的IV特性時(shí)，以“厚勢(shì)壘層”方式進(jìn)行，即根據(jù)電流密度的連續(xù)性，計(jì)算通過勢(shì)壘區(qū)任意點(diǎn)的電流密度，該電流密度包括擴(kuò)散和漂移，通過對(duì)整個(gè)勢(shì)壘區(qū)積分，將外加偏壓的作用考慮在電流中（勢(shì)壘區(qū)厚度時(shí)外加偏壓的函數(shù)），從而得到IV特性。擴(kuò)散理論：半導(dǎo)體表面與金屬自由交換電子，即使在外加電壓下，半導(dǎo)體表面電子濃度始終等于表面平衡電子濃度，電流主要由因子exp(qV/k0T)-1決定。擴(kuò)散理論適合阻擋層寬度遠(yuǎn)大于載流子平均自由程（半導(dǎo)體雜質(zhì)濃度很低）的情況2.熱電子發(fā)射理論模型對(duì)肖特基勢(shì)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(jì)算肖特基勢(shì)壘二極管的IV特性時(shí)，以“薄勢(shì)壘層”方式進(jìn)行，通過計(jì)算垂直于MS接觸面、能量高于半導(dǎo)體勢(shì)壘頂點(diǎn)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(jìn)入半導(dǎo)體的勢(shì)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(shí)從半導(dǎo)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，與外加電壓無關(guān)，強(qiáng)烈依賴溫度。熱電子發(fā)射理論適合阻擋層寬度遠(yuǎn)小于載流子平均自由程（半導(dǎo)體雜質(zhì)濃度很高）的情況?！綧S肖特基勢(shì)壘二極管兩種理論的推導(dǎo)不必掌握其每個(gè)步驟，只要求掌握方法】3.形成金屬與半導(dǎo)體歐姆接觸的基本原理和手段 答: 重?fù)诫s的pn結(jié)可以產(chǎn)生顯著的隧道電流。金屬和半導(dǎo)體接觸時(shí)，如果半導(dǎo)體摻雜濃度很高，則勢(shì)壘區(qū)寬度變得很薄，電子也要通過隧道效應(yīng)貫穿勢(shì)壘產(chǎn)生相當(dāng)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(dāng)隧道電流占主導(dǎo)地位時(shí)，它的接觸電阻可以很小，可以用作歐姆接觸。4.肖特基勢(shì)壘二極管的主要特點(diǎn) 答：特點(diǎn)： 正向電流由半導(dǎo)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；正向?qū)妷?.3V左右，比PN結(jié)二極管低；制作工藝簡(jiǎn)單；制作MS結(jié)構(gòu)后，不能有高于金屬