半导体物理学第七章知识点VIP专享

1第 7 章金属－半导体接触本章讨论与 pn 结特性有很多相似之处的金一半肖特基势垒接触。金一半肖特基势垒接触的整流效应是半导体物理效应的早期发现之一:§7.1 金属半导体接触及其能级图一、金属和半导体的功函数1、金属的功函数在绝对零度，金属中的电子填满了费米能级 EF 以下的所有能级，而高于 EF 的能级则全部是空着的。在一定温度下，只有 EF 附近的少数电子受到热激发，由低于 EF 的能级跃迁到高于 EF 的能级上去，但仍不能脱离金属而逸出体外。要使电子从金属中逸出，必须由外界给它以足够的能量。所以，金属中的电子是在一个势阱中运动，如图 7-1 所示。若用 E0表示真空静止电子的能量，金属的功函数定义为 E0与 EF能量之差，用 Wm表示:子所需要的最小能量。WM越大,电子越不容易离开金属。金属的功函数一般为几个电子伏特，其中，铯的最低，为 1.93eV；铂的最高，为5.36eV。图 7-2 给出了表面清洁的金属的功函数。图中可见，功函数随着原子序数的递增而周期性变化。2、半导体的功函数和金属类似，也把 E0与费米能级之差称为半导体的功函数，用 WS表示，即W 二 E-ES0FS因为 EFS随杂质浓度变化，所以 WS是杂质浓度的函数。与金属不同，半导体中费米能级一般并不是电子的最高能量状态。如图 7-3 所示，非简并半导体中电子的最高能级是导带底 ECOEC与 E0之间的能量间隔W 二 E-EM0FM-tBiITM'HiRd.图 7—2—些元素的功函数及其原子序数4-:2―E-E0C被称为电子亲合能。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。利用电子亲合能，半导体的功函数又可表示为W 二％+(E-E)SCFS式中，En=EC—EFS是费米能级与导带底的能量差。3表 7-1 几种半导体的电子亲和能及其不同掺杂浓度下的功函数计算值材料X(eV)WS(eV)ND(cm-3)NA(cm-3)101410151016101410151016Si4.054.374.314.254.874.934.99Ge4.134.434.374.314.514.574.63GaAs4.074.294.234.175.205.265.32二、有功函数差的金属与半导体的接触把一块金属和一块半导体放在同一个真空环境之中，二者就具有共同的真空静止电子能级，二者的功函数差就是它们的费米能级之差，即 WM-WS=EFS-EFMO所以,当有功函数差的金属和半导体相接触时，由于存在费米能级之差，二者之间就会有电子的转移。1、金属与 n 型半导体的接触1)wM>wS的情况这意味着半导体的费米能级高于金属的费米能级。该系统接触前后的能带图如右所示。当二者紧密接触成为一个统一的电子系统，...