電子信息物理學(xué)(1)(編輯修改稿)
2025-02-12 19:22 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 帶向上彎曲 表面勢壘（ n型阻擋層，高阻層） 金屬一側(cè)的勢壘 eVDm= eVD＋ (E C － E Fs) ＝ ф m － х 見 p100圖 （ a）可知 х ＝ ф s － E C ＋ E Fs ?影響其勢壘高度的因素 兩種材料的功函數(shù)， ?影響其勢壘厚度的因素 材料（雜質(zhì)濃度等） 外加電壓 勢壘寬度的表達式為 Eg：某 Shottky二極管 ， 半導(dǎo)體材料的相對介電常數(shù)為， 施主濃度為 1016cm3， 勢壘高度為 ， 加上 4V的正向電壓時 ， 試求勢壘的寬度為多少 ？ ? ?? ?? ?? ?? ?? ?mqNVVxDDrD316191202????????????????熱平衡態(tài)，統(tǒng)一費米能級 ?半導(dǎo)體能帶向上彎曲 ?表面 n型阻擋層 ?半導(dǎo)體一側(cè)的勢壘： eVD＝ ф m － ф s ?金屬一側(cè)的勢壘（肖特基勢壘高度：金屬上的電子進入半導(dǎo)體導(dǎo)帶所需的能量） eVD＝ ф m － ф s eVDm х eVDm＝ eVD＋ (E C － E Fs)= ф m － х х = E 0 － E C ф m ф s ф s ф m E Fm E Fs 電子從金屬流向半導(dǎo)體 半導(dǎo)體能帶向下彎曲 電子積累層 高電導(dǎo)層 n型反阻擋層 p型半導(dǎo)體與金屬接觸 ф m ф s 能帶向上彎曲 p型反阻擋層 形成反阻擋層的條件是 фs фm,其接觸后的能帶圖如圖所示： 形成反阻擋層的條件是фm фs,其接觸后的能帶圖如圖所示： ф s ф m 能帶向下彎曲 p型阻擋層 形成阻擋層的條件是 фs фm,其接觸后的能帶圖如圖所示： 表面態(tài)和界面層對接觸勢壘的影響 理想肖特基模型與試驗結(jié)果不符合： 模型：肖特基模型的勢壘高度由金屬和半導(dǎo)體的功函數(shù)決定 試驗： 90%的金屬同半導(dǎo)體接觸的 勢壘高度與金屬功函數(shù)無 關(guān)， 只和所用半導(dǎo)體的種類有關(guān) 巴丁勢壘模型（ 1947）：理想半導(dǎo)體表面（ n型半導(dǎo)體） 原子周期性排列中斷 出現(xiàn)半飽和的懸掛鍵、一些電子能量狀態(tài) 表面能級（界面態(tài)） 半導(dǎo)體表面的界面態(tài)： E0 EC EFn EFs界面態(tài)費米能級 Ev 表面電中性 EFs界面態(tài)費米能級 表面帶正電 EFs界面態(tài)費米能級 表面帶負(fù)電 EFs界面態(tài)費米能級 金屬與 n型半導(dǎo)體接觸： 1. n型半導(dǎo)體表面 n型半導(dǎo)體表面（電中性），表面態(tài)能級密度高 EFsEfn 體內(nèi)電子流向表面填充表面能級 熱平衡 ?形成表面勢壘、半導(dǎo)體費米能級下降到表面態(tài)費米能級 eVD＝ E Fn (體內(nèi) ) － E Fs E Fn (表面 ) ＝ E Fs ?半導(dǎo)體功函數(shù)： ф ＝ E 0 － E Fn (表面 ) = E 0 － E Fs －半導(dǎo)體（ MS）接觸 （ MS）接觸 表面態(tài) E Fs E Fm 電子從表面能級流向金屬 表面態(tài)密度很高 金屬費米能級上升到表面態(tài)費米能級 金屬一側(cè)的勢壘高度： eVDm＝ E C － E Fs與金屬的功函數(shù) ф m無關(guān) MS接觸勢壘高度的“鎖定” 半導(dǎo)體費米能級下降到表面態(tài)費米能級 MS接觸費米能級的“釘扎”效應(yīng) ?n型費米能級：價帶以上 E g/3 ?p型費米能級：價帶以上 2E g/3 ?真空能級 E 0連續(xù)（一般性） ?電子親和勢始終不變 х ＝ E 0 － E C （一般性） ?費米能級的“釘扎”效應(yīng)： n型費米能級：價帶以上 E g/3（特殊性） p型費米能級：價帶以上 2E g/3（特殊性） 肖特基勢壘的 IV特性 金屬與 n型半導(dǎo)體接觸 ф m ф s E Fs E Fm 電子從半導(dǎo)體導(dǎo)帶底流向金屬 鏡像正電荷，鏡像庫侖勢 ?半導(dǎo)體一側(cè)勢壘高度降低 ?導(dǎo)帶底向下彎曲 空穴鏡像力 價帶頂向上彎曲 導(dǎo)帶底與價帶頂都向費米能級 E Fs 接近 金屬與半導(dǎo)體接觸時，半導(dǎo)體中的電荷在金屬表面感應(yīng)出帶電符號相反的電荷，同時半導(dǎo)體中的電荷要受到金屬中的感應(yīng)電荷的庫侖吸引力，這個吸引力就稱為鏡像力。 ?金屬與 n型半導(dǎo)體接觸 正向偏壓產(chǎn)生電流，載流子構(gòu)成如下 ?導(dǎo)帶電子越過勢壘進入金屬 ?導(dǎo)帶電子通過隧道效應(yīng)進入金屬（ 能量低于勢壘頂?shù)碾娮佑幸欢◣茁蚀┻^勢壘，這種效應(yīng)就是隧道效應(yīng)。隧道穿透的幾率與電子的能量和勢壘厚度有關(guān) ） ?空間電荷區(qū)與空穴復(fù)合 ?中性區(qū)與空穴復(fù)合 實際的肖特基二極管主要由第一種電流構(gòu)成的，其他的三種作為理想情況偏離的修正 （ a）無偏壓：熱平衡時，金屬與n型半導(dǎo)體的費米能級拉平 （ b）加正偏壓： 正向偏壓 VF VF上升 半導(dǎo)體一側(cè)勢壘下降 正向電流密度上升 （ c）加反偏壓： 反向偏壓－ VR VR上升 半導(dǎo)體一側(cè)勢壘增加，電子從金屬流向半導(dǎo)體，但越過的勢壘幾乎不隨偏壓變化 反向飽和電流密度 反向電流密度幾乎不隨 VR變化 肖特基勢壘二極管 肖特基勢壘二極管與 Pn結(jié)二極管的 IV特性相似： Pn結(jié)二極管方程： Pn結(jié)的反向飽和電流密度： 肖特基勢壘二極管方程 肖特基的反向飽和電流密度 為有效理查常數(shù) 肖特基勢壘二極管與 Pn結(jié)二極管的特性差異： ?微觀 肖特基勢壘二極管為多子擴散（微觀機理） Pn結(jié)二極管為少子的注入和擴散（微觀機理） ?宏觀： 1)反向飽和電流密度特性： 肖特基勢壘二極管的反向飽和電流密度 (105A/cm2 ) pn結(jié)二極管 (1011A/cm2 ) 2)開關(guān)特性： 肖特基勢壘二極管是多子器件，正向偏置時沒有擴散電容（高頻特性好，開關(guān)時間短 ps， pn結(jié)為 ns） 3）導(dǎo)通電壓： 肖特基勢壘二極管的導(dǎo)通電壓比 pn結(jié)二極管低 肖特基勢壘二極管的主要應(yīng)用： ?利用肖特基勢壘二極管的正向電流－電壓非線性： 肖特基變阻管、檢波器、混頻器 ?利用肖特基勢壘二極管的反向電流－電壓特性： 肖特基變?nèi)莨? ?利用肖特基勢壘二極管的正向低導(dǎo)通特性： 箝位晶體管 ?利用肖特基勢壘二極管的反偏勢壘特性：
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