8第八章金属和半导体的接触

时间：2025-07-07

金属和半导体的接触

第八章

金属和半导体的接触

§8.1 金属半导体接触及能级图1. 金属和半导体的功函数金属中的电子绝大多数所处的能级都低于体外能级。低于体外能级。金属功函数的定义金属功函数的定义: 真空中静止电子的的定义能量之差，能量 E0 与金属的 EF 能量之差，即

Wm = E0 ( EF ) m

金属和半导体的接触

上式表示一个起始能量等于费米能级的电子，的电子，由金属内部逸出到真空中所需要的最小值。需要的最小值。

E0WmEF

金属中的电子势阱Wm 越大金属对电子的束缚越强越大,

金属和半导体的接触

在半导体中，在半导体中，导带底 EC 和价带顶 EV 低几个电子伏特。一般都比 E0 低几个电子伏特。半导体功函数的定义半导体功函数的定义: 真空中静止电子的的定义能量之差，能量 E0 与半导体的 EF 能量之差，即

Ws = E0 ( EF ) sWs 与杂质浓度有关电子的亲合能

EC EF EV

χ = E0 EC

金属和半导体的接触

半导体的功函数又写为

Ws = χ + [EC ( E F ) s ] = χ + En

2.接触电势差接触电势差

E0Wm ( EF ) m

Ws En

Wm > Ws(a) 接触前

( EF ) sEv

金属和半导体的接触

q(Vs′ Vm )

WmEFD

WsEn

金属表面负电半导体表面正电

ECVm: 金属的电势 Vs′: 半导体的电势

EV原子间距) (b)间隙很大 (D>原子间距 ) 原子间距

金属和半导体的接触

平衡时, 无电子的净流动. 相对于(E 平衡时无电子的净流动相对于 F)m, 半导体的(E 半导体的 F)s下降了

q (Vs Vm ) = Wm Ws ′ Ws Wm Vms = Vm Vs = q接触电势差: 接触电势差金属和半导体接触而产生的电势差 Vms.

′

金属和半导体的接触

q(Vs′ Vm )

WmEF

qφnS

qVD

半导体表面有空间电荷区 EC En 空间电荷区内有电场电场造成能带弯曲EV

因表面势 Vs < 0 ∴能带向上弯曲

(c)紧密接触 )

金属和半导体的接触

接触电势差一部分降落在空间电荷区, 接触电势差一部分降落在空间电荷区另一部分降落在金属和半导体表面之间

Ws Wm = Vms + Vs q若D→原子间距电子可自由穿过间隙 Vms→0, →原子间距, 电子可自由穿过间隙, 则接触电势差大部分降落在空间电荷区

(Ws Wm ) / q = Vs

金属和半导体的接触

qφnS

qVD

EFEV

(d)忽略间隙 )

金属和半导体的接触

半导体一边的势垒高度

qVD = qVs = Wm Ws ,金属一边的势垒高度

Vs < 0

qφns = qVD + En = qVs + En = Wm Ws + En = Wm χ

金属和半导体的接触

当金属与n型半导体接触当金属与型半导体接触 Wm>Ws 半导体表面形成一个正的空间电荷区电场方向由体内指向表面 (Vs<0) 半导体表面电子的能量高于体内的，半导体表面电子的能量高于体内的，能带向上弯曲，带向上弯曲，即形成表面势垒在势垒区中，空间电荷主要由电离施主形成，在势垒区中，空间电荷主要由电离施主形成，电子浓度要比体内小得多，电子浓度要比体内小得多，

因此它是一个高阻的区域，常称为阻挡层阻挡层。阻的区域，常称为阻挡层。

金属和半导体的接触

当金属与n型半导体接触当金属与型半导体接触 Wm<Ws 半导体表面形成一个负的空间电荷区电场方向由表面指向体内(Vs>0) 电场方向由表面指向体内半导体表面电子的能量低于体内的，半导体表面电子的能量低于体内的，能带向下弯曲在空间电荷区中，电子浓度要比体内大得多，在空间电荷区中，电子浓度要比体内大得多，因此它是一个高电导的区域，称为反阻挡层反阻挡层。因此它是一个高电导的区域，称为反阻挡层。

金属和半导体的接触

反阻挡层薄, 高电导, 反阻挡层薄高电导对接触电阻影响小χ-Wm

EcWs-Wm

Ev 金属和 n 型半导体接触能带图 (Wm<Ws)

金属和半导体的接触

当金属与 p 型半导体接触

Wm > Ws能带向上弯曲, 能带向上弯曲形成 p 型反阻挡层

Wm < Ws能带向下弯曲, 造成空穴的势垒, 能带向下弯曲造成空穴的势垒形成 p 型阻挡层

金属和半导体的接触

χWm

Ecqφ PS

qVD = Wm Ws