金属_半导体肖特基接触模型研究进展

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E?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qФ?的能级，若电子正好填满qФ?以下的所有表面态时，表 面呈电中性；若qФ?以下的表面态空着时，表面带正电，呈现施主型；若qФ?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，qФ?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qФ?，如果qФ?以上存在有受 主表面态，则在qФ?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。（第一层是金属与半导体接触） 3.当半导体的表面态密度很高的时候，Ws几乎与施主浓度无关。此时此刻，当D远大于原 子间距时，金属与半导体利用一根导线进行接触，同样有电子流向金属，但此时电子不是 来自于半导体体内，而是来自于受主表面态，若表面态密度很高，能放出足够多的电子， 则半导体势垒区的情形几乎不会发生变化。间隙D中的压降（Ws-Wm）/q，这时空间电荷 区的正电荷等于表面受主态上留下的负电荷与金属表面负电荷之和。当间隙D小到可以与 原子间距相比时，电子就可以自由地穿过它。 施主型 若能级被电子占据时呈电中性，释放电子后呈正电性，称为施主型表面态 受主型 能级空着的时候呈电中性，接受电子后呈负电性； 总结 当半导体表面态密度很高的时候，由于它可以屏蔽金属接触的影响，使半导体内的势垒高度 和金属功函数几乎无关，而基本上由半导体的表面性质所决定。 2金属半导体接触整流理论 定性分析 以n型半导体为例，表面势Vs < 0；半导体一侧的势垒高度即为qVD = - qVs。若此时，我们外加电压V于紧密接触的金属和半导体之间，由于阻挡层是高阻区域，因此电压主要降落在阻挡层上，势垒高度变为-q（Vs+V） V>0 若V > 0，则会导致（Vs + V）降低，便会导致半导体一侧势垒高度降低，这时，从半导体流到金属的电子便会增加，多于从金属流到半导体的电子，便会形成从金属流向半导体的正向 电流。外加电压越大，势垒下降越多，正向电流也就越大。 V<0 若V<0，则（Vs + V）增加，便会导致半导体一侧势垒高度升高，从半导体流到金属的电子 会减少，少于从金属流到半导体的电子，会形成从半导体流向金属的反向电流，又因为金属 的势垒高度基本不会受V的影响，由于金属一侧的电子要越过相当高的势垒才能到达半导体 中，所以反向电流是很小的值。随着电压的增大，势垒高度越来越高，从半导体流向金属的 电子可以忽略不计，反向电流渐渐趋于饱和值。

金属半导体接触

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=E 0-E F （E 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W M 即为金属向真空发射一 个电子所需要的最低能量（如图）；但对半导体的功函数W S 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 E C ，而费米能级E FS 一般在E C 之下。所以半导体的功函数W S 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：W S =χ+En。其中，χ=E -E C ， 称为电子亲和势，En=E C -E FS 为费米能级与导带底的能量差（如图）。 图金属的电子势阱图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W M 和W S ， 一般说来是不相等。其功函数差亦为其费米能级之差，即W M -W S =E FS -E FM 。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，

金属半导体接触的三种结构形式

金属-半导体接触势垒的三种形式（比较） 2010-11-19 11:30:12| 分类：微电子器件 | 标签： |字号大中小订阅 （在什么情况下的金属-半导体接触是Ohm接触？为什么Schottky势垒和Mott势垒具有单向导电性？Schottky二极管和Mott二极管在性能上有何异同？） Xie Meng-xian. (电子科大，成都市) 金属-半导体接触是一种基本的器件结构，它本身具有两种重要的功能，即二极管功能和Ohm 接触功能；而在二极管功能中，又可区分出两种性能有所不同的器件——Schottky二极管和Mott二极管。

不同功能的金属-半导体接触，其主要的差别就在于接触势垒的形式不同。见图1，（a）是Schottky势垒，（b）是Ohm接触势垒，（c）是Mott势垒。 一般的半导体与金属的接触就形成Schottky势垒，它的势垒高度为qfBn，并且在半导体表面附近处有一层空间电荷区——半导体表面势垒。当加有正向电压时（金属接电源正极），半导体表面势垒高度降低，则有较多半导体电子通过热发射而流到金属、形成很大的正向电流；当加有反向电压时（金属接电源负极），金属电子到半导体的势垒高度qfBn不变，阻挡着电子流到半导体去，则反向电流很小。因此 Schottky势垒具有单向导电性。利用Schottky 势垒工作的两端器件就是Schottky二极管。 如果半导体的掺杂浓度很高，则与金属的接触就将形成Ohm接触。因为这时半导体表面势垒的厚度很薄，电子可以借助于量子隧道效应的方式而通过接触界面，所以正向电流和反向电流都将会很大，从而就不再具有单向导电性了，成为了Ohm性的导电。这是任何半导体元器件作为电极连接所必需的。 如果半导体表面层的掺杂浓度很低，则与金属的接触就将形成Mott接触。这时半导体表面势垒的厚度很大，电子只有借助于扩散的方式来通过接触界面。同样，Mott势垒也具有单向导电性。利用Mott势垒工作的两端器件就是Mott二极管。 Schottky二极管和Mott二极管都是多数载流子工作的器件，因此它们都是性能优良的高速开关二极管；而Mott二极管因为其Mott势垒厚度较大，则势垒电容很小、耐压较高，从而它又是很好的微波二极管以及高电压的功率二极管。