半导体器件物理金属.docx

本文格式为Word版，下载可任意编辑半导体器件物理金属 第八章 金属/半导体接触和MESFET 自从Lilienfeld和Heil在1930年提出场效应晶体管（FET）的概念起，直到20世纪50年头半导体材料工艺进展到确定水平后才做出了可以实际工作的器件所谓场效应就是利用电场来调制材料的电导才能，从而实现器件功能除了前面议论过的MOS、MNOS、MAOS、MFS等都属于场效应器件外,还进展了结型场效应管(J-FET), 肖特基势垒栅场效应管（MES FET）等本章从金属与半导体接触启程，议论MES FET的布局和工作原理 8.1. 肖特基势垒和欧姆接触 8.1.1. 肖特基势垒 当金属和半导体接触时，由于金属的功函数与半导体的功函数不同，在接触的界面处存在接触电势差，就会形成势垒，通常称为肖特基势垒下面以金属与n型半导体接触为例来议论肖特基势垒的特性 (1) 梦想处境：假定接触处的半导体外观不存在外观态，图8.1(a)是金属与半导体接触前的能带图(非平衡条件下，其中qφm和qφ S 分别为金属和半导体的功 1 图8.1 函数，qχ为半导体的电子亲和（势）能。

功函数定义为将一个电子从Fermi能级移到材料外面（真空能级）所需要的能量，电子亲和能是将一个电子从导带底移到真空能级所需要的能量 当金属与半导体接触时，由于费米能级有区别，电子要从Fermi能级较高的n型半导体一边流向Fermi能级较低的金属一边，结果达成平衡，即两者的Fermi能级相平，如图8.1(b)所示这时形成了金/半接触的势垒，该势垒高度就是金属一边的电子要进入半导体务必抑制的势垒高度由图可见，在梦想处境下，势垒高度应为金属功函数和半导体电子亲和能之差： qφ Bn=qφm-qχ (8.1.1) n型半导体的内建电势差Vbi为（也等于两边费米能级之差）： Vbi=φm-φS (8.1.2) 令n型半导体的Fermi势为ψF，那么金/半接触势垒高度与半导体自建电压的关系为: qφ Bn=qVbi+（Eg/2 - qψF） (8.1.3) 由于n型金属一边的电子流向金属，因此半导体一边将带正电，金属一边将有负的外观电荷。

形成的外观电场的方向是从半导体一边指向外边（指向金属），相当于半导体外观势为负，半导体电势能从外观向内减小, 半导体外观能带向上弯曲这种金/半接触形成的结与P+-N结的处境很好像半导体外观势垒区的宽度主要抉择于n型半导体的掺杂浓度，这是由于根据电中性条件半导体中所带的正电荷与金属中的负电荷相等，而半导体中正的施主电离杂质浓度远小于金属中电子的浓度，由qAWmn=qAWND知，Wm qφ0，这时体内有一片面电子会去填充外观能级，使外观能级的电子填充水平高于 qφ0，因此外观带负电，而靠半导体内部的一层因少掉电子而带正电这样，在热平衡时EFn与qφ0近似相平，在半导体外观一薄层内就形成一个空间电荷区，即势垒区，外观电场的方向是从半导体内部指向外观，而能带正好相反，即外观能带上弯如图8.4所示： ? 界面层的影响: 在制备半导体外观时，不成制止会形成很薄的氧化层或有些杂质沾污，它们夹在金属/半导体之间形成一个界面层在与金属接触之前，外观态的密度鲜明要比清洁外观的时候小得多接触时由于EFn较高，体 5 — 4 —。