第六章 半导体界面及接触现象半 — 半接触金 — 半接触
§ 6.1 半导体的 p-n结一,p-n结的形成和种类
1,合金法
2．扩散法用合金法制备的 p-n结一般为突变结；
x
N N
A N
D
用扩散法制备的 p-n结一般为缓变结，
杂质浓度逐渐变化。
二、平衡 p-n结的特点
1,平衡 p-n结的形成
P型材料的多子用 ppo表示,少子为 npo,N
型材料的多子用 nno表示,少子用 pno表示 。
P N
°
_
_
_
_
_
+
+
+
+
+
ε
J扩
J漂平衡后,J扩 =J漂形成恒定的电场,称为内建场,它存在于结区 。
处于热平衡状态的结称为平衡结。
2．平衡 p-n结的能带及势垒
nFpF
in
ip
EE
En
E
)()(
)(E:
)(E:p
F
F
型型当二者接触后，电子由 N?P，空穴由 P?N,
(EF)n?,(EF)p?
(EF)n=(EF)p=EF
J扩 =J漂有一恒定的电场?，方向由 N?P
P N
EF
qVD
平衡时：
200 ipp npn
2
00ln
i
np
D n
np
q
KT
V
2
ln
i
DA
D
n
NN
q
KT
V
三,非平衡 p-n结
1,正偏 p-n结的能带 (P+,N-)
P N
Ε内
+ －
qVD
q(VD－ V)
2．正偏时载流子的运动和电流成分
P 电子扩散区 结区 空穴扩散区 N
xp’ xp xn xn’
JnJp
x
J
3．正偏下的电流密度
1KT
qv
s eJJ
其中：
po
n
n
no
p
p
s nL
qD
p
L
qD
J
例如，室温,KT=0.026ev
V
q
KT 026.0?
当 V=0.26v,
110 ee KT
qv
KT
qv
s eJJ?
V
J
Js
4．反偏时的 p-n结
qVD
q(VD － V)
J?-Js
00 p
n
n
n
p
p
s nL
qDp
L
qD
JJ
Js为反向饱和电流
VBR
四,p-n结击穿特性反向电压使结区电场达到 105v/cm,反向饱和电流不再恒定,而是突然增加,这种现象称为 p-n
结的击穿,对应的电压称为击穿电压,用 VBR
表示 。
V
J
Js
1．雪崩击穿
2,隧道击穿
Ecn
Ecp
Evp
21
22
12
p n +
Eg小、突变结、掺杂高的缓变结是导致隧道击穿的因素。
3,热击穿热击穿容易发生的条件是 Eg小，散热不好的器件。
§ 6.2 金半接触一、功函数功函数金属的功函数 Wm
金属的功函数表示一个起始能量等于费米能级的电子，由金属内部逸出到表面外的真空中所需要的最小能量。
E0
(EF)m
Wm
0 ()m F mW E E
E0为真空中电子的能量，又称为真空能级。
半导体的功函数 Ws
E0与费米能级之差称为半导体的功函数。
0 ()s F sW E E
Ec
(EF)s
Ev
E0
χ Ws
Χ表示从 Ec到 E0的能量间隔：
0 cEE
称 χ为电子的亲和能，它表示要使半导体导带底的电子逸出体外所需要的最小能量。
En
设想有一块金属和一块 n型半导体，并假定金属的功函数大于半导体的功函数，即：
msWW?
二、金属与半导体的接触及接触电势差
1,阻挡层接触接触前：
FFsmEE?
F F m ssmE E W W
半导体中的电子金属
— +
sm
m s m s
WWV V V
q
Vms称为金属与半导体接触电势差。
接触后：
忽略间隙中的电势差时的极限情形半导体一边的势垒高度为：
D s m sq V q V W W
金属一边的势垒高度为：
m n D n s n
m s n m
q q V E q V E
W W E W
2,反阻挡层接触若 Wm<Ws，金属与 N型半导体接触时，电子将从金属流向半导体，在半导体表面形成负的空间电荷区，电场方向由表面指向体内,Vs>0，
能带向下弯曲。这里电子浓度比体内大得多，
因而是一个高电导的区域，称之为反阻挡层。
金属与 P型半导体接触时，若 Wm>Ws，能带向上弯曲，形成 P型反阻挡层。
§ 6.1 半导体的 p-n结一,p-n结的形成和种类
1,合金法
2．扩散法用合金法制备的 p-n结一般为突变结；
x
N N
A N
D
用扩散法制备的 p-n结一般为缓变结，
杂质浓度逐渐变化。
二、平衡 p-n结的特点
1,平衡 p-n结的形成
P型材料的多子用 ppo表示,少子为 npo,N
型材料的多子用 nno表示,少子用 pno表示 。
P N
°
_
_
_
_
_
+
+
+
+
+
ε
J扩
J漂平衡后,J扩 =J漂形成恒定的电场,称为内建场,它存在于结区 。
处于热平衡状态的结称为平衡结。
2．平衡 p-n结的能带及势垒
nFpF
in
ip
EE
En
E
)()(
)(E:
)(E:p
F
F
型型当二者接触后，电子由 N?P，空穴由 P?N,
(EF)n?,(EF)p?
(EF)n=(EF)p=EF
J扩 =J漂有一恒定的电场?，方向由 N?P
P N
EF
qVD
平衡时：
200 ipp npn
2
00ln
i
np
D n
np
q
KT
V
2
ln
i
DA
D
n
NN
q
KT
V
三,非平衡 p-n结
1,正偏 p-n结的能带 (P+,N-)
P N
Ε内
+ －
qVD
q(VD－ V)
2．正偏时载流子的运动和电流成分
P 电子扩散区 结区 空穴扩散区 N
xp’ xp xn xn’
JnJp
x
J
3．正偏下的电流密度
1KT
qv
s eJJ
其中：
po
n
n
no
p
p
s nL
qD
p
L
qD
J
例如，室温,KT=0.026ev
V
q
KT 026.0?
当 V=0.26v,
110 ee KT
qv
KT
qv
s eJJ?
V
J
Js
4．反偏时的 p-n结
qVD
q(VD － V)
J?-Js
00 p
n
n
n
p
p
s nL
qDp
L
qD
JJ
Js为反向饱和电流
VBR
四,p-n结击穿特性反向电压使结区电场达到 105v/cm,反向饱和电流不再恒定,而是突然增加,这种现象称为 p-n
结的击穿,对应的电压称为击穿电压,用 VBR
表示 。
V
J
Js
1．雪崩击穿
2,隧道击穿
Ecn
Ecp
Evp
21
22
12
p n +
Eg小、突变结、掺杂高的缓变结是导致隧道击穿的因素。
3,热击穿热击穿容易发生的条件是 Eg小，散热不好的器件。
§ 6.2 金半接触一、功函数功函数金属的功函数 Wm
金属的功函数表示一个起始能量等于费米能级的电子，由金属内部逸出到表面外的真空中所需要的最小能量。
E0
(EF)m
Wm
0 ()m F mW E E
E0为真空中电子的能量，又称为真空能级。
半导体的功函数 Ws
E0与费米能级之差称为半导体的功函数。
0 ()s F sW E E
Ec
(EF)s
Ev
E0
χ Ws
Χ表示从 Ec到 E0的能量间隔：
0 cEE
称 χ为电子的亲和能，它表示要使半导体导带底的电子逸出体外所需要的最小能量。
En
设想有一块金属和一块 n型半导体，并假定金属的功函数大于半导体的功函数，即：
msWW?
二、金属与半导体的接触及接触电势差
1,阻挡层接触接触前：
FFsmEE?
F F m ssmE E W W
半导体中的电子金属
— +
sm
m s m s
WWV V V
q
Vms称为金属与半导体接触电势差。
接触后：
忽略间隙中的电势差时的极限情形半导体一边的势垒高度为：
D s m sq V q V W W
金属一边的势垒高度为：
m n D n s n
m s n m
q q V E q V E
W W E W
2,反阻挡层接触若 Wm<Ws，金属与 N型半导体接触时，电子将从金属流向半导体，在半导体表面形成负的空间电荷区，电场方向由表面指向体内,Vs>0，
能带向下弯曲。这里电子浓度比体内大得多，
因而是一个高电导的区域，称之为反阻挡层。
金属与 P型半导体接触时，若 Wm>Ws，能带向上弯曲，形成 P型反阻挡层。
