《半导体物理》课程教学资源（习题）第六章 金属和半导体接触

第六章金属和半导体接触 例题: 例1.设p型硅(如图7-2),受主浓度N4=10cm3,试求 (1)室温下费米能级EF的位置和功函数H (2)不计表面态的影响,该p型硅分别与铂和银接触后是否形成阻挡层? (3)若能形成阻挡层,求半导体一边势垒高度。 已知:4=48le W.=5.36e N =l cm E.=1.12e 硅电子亲合能x=405e ER-E 恩路与解:(1)室温下,可认为杂质全部电离,若忽略本征激发k7,则 P Ne EF=E+kTIn=0.026In 得 107=E,+012e) En=Eg-0.12=1(e) 功函数 W=En+x=1.0+405=505(e1) (2)不计表面态的影响。对p型硅,当>时,金属中电子流向半导体,使得半 导体表面势 J>0 空穴附加能量φ,使得能带向下弯,形成空穴势垒。所以, 型硅和银接触后半导体表面形成空穴势垒,即空穴阻挡层。又因 W=5.36e>W=5.05eV ,所以,p型硅和铂接触后不能形成阻挡层。 (3)银和pSi接触形成的阻挡层其势垒高度: W-W=4.81-5.05=-0.24e 评析:在不考虑表面态时,金属与半导体接触时,是形成肖特基势垒还是欧姆接触(反阻 挡层接触),取决于金属和半导体的功函数差。 例2.施主浓度ND=10Cm的n型硅(如图),室温下功函数是多少?若不考虑表面 态的影响,它分别同A、Au、Mo接触时,是形成阻挡层还是反阻挡层?硅的电子 亲合能取405eV。设W=418eWm=520eV,W=42leN

第六章 金属和半导体接触 例题： 例 1. 设 p 型硅（如图 7－2），受主浓度 17 3 10 N cm A − = ，试求： (1) 室温下费米能级 EF 的位置和功函数 Ws ； EV (2) 不计表面态的影响，该 p 型硅分别与铂和银接触后是否形成阻挡层？ (3) 若能形成阻挡层，求半导体一边势垒高度。 已知： 4.81 W eV Ag = 5.36 W eV pt = 19 3 10 N cm v − = 1.12 E eV g = ; 硅电子亲合能 x eV = 4.05 思路与解：（1）室温下，可认为杂质全部电离，若忽略本征激发 E E F v k T − − ，则 A v p N N e = = 得： 19 17 10 ln 0.026ln 0.12( ) 10 v F v v A N E E k T E eV N = + = = + 0.12 1.0( ) E E eV n g = − =  功函数 1.0 4.05 5.05( ) W E x eV s n = + = + = （2）不计表面态的影响。对 p 型硅，当 W W s m  时，金属中电子流向半导体，使得半 导体表面势 0 Vs  ，空穴附加能量 s qV ，使得能带向下弯，形成空穴势垒。所以， p 型硅和银接触后半导体表面形成空穴势垒，即空穴阻挡层。又因 5.36 5.05 W eV W eV pt s =  = ，所以，p 型硅和铂接触后不能形成阻挡层。 （3）银和 p-Si 接触形成的阻挡层其势垒高度： 4.81 5.05 0.24 D m s qV W W eV = − = − = − 评析：在不考虑表面态时，金属与半导体接触时，是形成肖特基势垒还是欧姆接触(反阻 挡层接触），取决于金属和半导体的功函数差。 例 2. 施主浓度 17 3 10 N cm D − = 的 n 型硅（如图），室温下功函数是多少？若不考虑表面 态的影响，它分别同 Al、Au、Mo 接触时，是形成阻挡层还是反阻挡层？硅的电子 亲合能取 4.05eV。设 4.18 W eV Al = ， 5.20 W eV Au = ， 4.21 W eV Mo =

EEEE 思路与解:设室温下杂质全部电离 n=ND=N exp(-LC-EE 则 EF=E+kTln=E2+0026n。,c=E2-0.147(e) EF≈E-0.15(eV) nSi的功函数为 W=x+(E-EF)=405+0.15=420e1) 已知:WA=4.18e1,WWm>W, 故Au与n-Si接触,Mo与nSi接触均形成阻挡层。 评析:在不考虑表面态时,金属与半导体接触时,是形成肖特基势垒还是欧姆接触(反阻 挡层接触),取决于金属和半导体的功函数差 习题: 1.什么是功函数?哪些因数影响了半导体的功函数?什么是接触势差? 什么是 Schottky势垒?影响其势垒高度的因数有哪些? 3.什么是欧姆接触?形成欧姆接触的方法有几种?试根据能带图分别加以分析 4.什么是镜像力?什么是隧道效应?它们对接触势垒的影响怎样的? 5.施主浓度为7.0×10°cm3的n型Si与Al形成金属与半导体接触,Al的功函数为 4.20eV,Si的电子亲和能为4.05eV,试画出理想情况下金属-半导体接触的能带图并 标明半导体表面势的数值。 6.分别分析n型和p型半导体形成阻挡层和反阻挡层的条件。 7.试分别画出n型和p型半导体分别形成阻挡层和反阻挡层的能带图。 8.什么是少数载流子注入效应? 9.某 Shottky二极管,其中半导体中施主浓度为2.5×10°cm3,势垒高度为0.64eV, 加上4V的正向电压时,试求势垒的宽度为多少? 10.试根据能带图定性分析金属-n型半导体形成良好欧姆接触的原因

思路与解：设室温下杂质全部电离： 则 exp( ) c F D c E E n N N k T − = = −  17 19 10 ln 0.026ln 0.147( ) 2.8 10 D F c c c c N E E k T E E eV N = + = + = −  即 0.15( ) E E eV F c  −  n-Si 的功函数为： ( ) 4.05 0.15 4.20( ) W x E E eV s c F = + − = + = 已知： 4.18 W eV Al = ，  W W Al s ，故二者接触形成反阻挡层。 5.20 W eV Au = ， 4.21 W eV Mo = 显然，    W W W Au Mo s 故 Au 与 n-Si 接触，Mo 与 n-Si 接触均形成阻挡层。 评析：在不考虑表面态时，金属与半导体接触时，是形成肖特基势垒还是欧姆接触(反阻 挡层接触），取决于金属和半导体的功函数差。 习题： 1.什么是功函数？哪些因数影响了半导体的功函数？什么是接触势差？ 2.什么是 Schottky 势垒？影响其势垒高度的因数有哪些？ 3.什么是欧姆接触？形成欧姆接触的方法有几种？试根据能带图分别加以分析。 4.什么是镜像力？什么是隧道效应？它们对接触势垒的影响怎样的？ 5.施主浓度为 7.0×1016 cm -3 的 n 型 Si 与 Al 形成金属与半导体接触，Al 的功函数为 4.20eV，Si 的电子亲和能为 4.05eV，试画出理想情况下金属-半导体接触的能带图并 标明半导体表面势的数值。 6.分别分析 n 型和 p 型半导体形成阻挡层和反阻挡层的条件。 7.试分别画出 n 型和 p 型半导体分别形成阻挡层和反阻挡层的能带图。 8.什么是少数载流子注入效应？ 9.某 Shottky 二极管，其中半导体中施主浓度为 2.5×1016 cm -3，势垒高度为 0.64eV， 加上 4V 的正向电压时，试求势垒的宽度为多少？ 10.试根据能带图定性分析金属-n 型半导体形成良好欧姆接触的原因。 Eo Ec EF Ev