半导体物理参考答案-第六章VIP免费

1.画出由p型半导体和金属构成的肖特基势垒在施加正向和反向电压的能带图，分别标出扩散流、漂移流、肖特基热电子电流的方向和相对大小。解：对于p型半导体和金属构成的肖特基势垒，由于多子为空穴，因此，在理想接触的情形下，形成肖特基势垒的条件是：MSφφ<,势垒区电场方向由金属端指向半导体端。由于肖特基势垒在正向偏置时，对应于空穴在半导体中面临的势垒降低，因此，需要在p区加正，金属区加负。1）平衡时，通过肖特基的电流为0。在半导体中，扩散电流和漂移电流大小相等，方向相反。同时，从半导体到金属的热载流子电流与从金属到半导体的热载流子电流大小相等，方向相反。2）正向电压时，由于从半导体到金属的热载流子遇到的势垒降低，而从金属到半导体的热载流子遇到的势垒不变和电流不变，因此，从半导体到金属的热载流子大于从金属到半导体的热载流子电流。2）反向偏压时，由于从半导体到金属的热载流子遇到的势垒增加，而从金属到半导体的热载流子遇到的势垒不变和电流不变，因此，从半导体到金属的热载流子电流小于从金属到半导体的热载流子电流。2.设金属与半导体是理想的肖特基接触，即肖特基模型适用。在以下两种情形下：(a)金属和半导体直接接触，(b)相距较远，通过一很细的导线连接。试分析并用图示意指出，M/S接触形成的接触电势差在热平衡时的分布情形。解：为以下讨论方便，不妨设半导体为n型半导体(a)金属和半导体直接接触，平衡时金属费米能级和半导体费米能级相等，且接触电势差全部降落在半导体耗尽区上，由Poisson方程得：220ddSixxqNddxddxϕεϕ==−−=(0)dxx≤≤解得：22()(0)()22ddddSiSiqNqNxxxxϕϕεε=−−+(0)dxx≤≤在界面处电势最低，且()(0)MSdWWxqϕϕ−−=。(b)相距较远，通过一根细的导线连接由于原来的半导体费米能级大于金属的费米能级，半导体中的电子向金属流动，使金属表面带附带，半导体表面带正电，平衡时金属半导体有统一的费米能级。此时，金属与半导体之间的空间间隔相当于平板电容器，空气为介质，调整金属与半导体费米能级的自建势为()(0)MSWWdqϕϕ−−=，该自建势分别降在空气介质和半导体空间电荷区上，其中，在空气介质区域电场强度分布均匀。其能带图如下所示：3.试分析说明金属-n型半导体肖特基势垒在正向偏压下电子和空穴的准费米能级如何变化？(已作为参考题，解答略)4.如果金属-n型半导体接触形成肖特基势垒，金属层很薄，可以透光。在有光照时，肖特基势垒如何变化？解：金属层很薄，可以透光，因此，在半导体界面会由于光照的影响会产生过剩载流子的注入，从而使得半导体表面势垒区载流子浓度增加，半导体表面电子费米能级与导带底距离减小，肖特基势垒降低。5.假设金属的功函数小于半导体的功函数φM<φS，讨论理想M/S接触的能带图和势垒特征；讨论镜像电荷效应对界面势垒的影响；如果在M/S界面半导体Si禁带中距价带1/3Eg的位置存在无穷大的界面态密度，讨论M/S接触的能带图和势垒特征。解：1）但金属的功函数小于半导体的功函数时φM<φS，在接触形成M/S接触时，会出现电子从金属流向半导体，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，在势垒区内电子浓度比n区内部大很多，因此是反阻挡层。2）若为p型半导体，φM<φS，接触时，电子从金属流向半导体，半导体表面空穴耗尽形成负的空间电荷区，电场方向由表面指向体内，势垒区空穴浓度比体内空穴浓度小得多，称为阻挡曾。,gSMBiSMEWqχφφφφ+−==−3）考虑镜像力效应，镜像势：2221616iiSiSixxqqEFdxdxxxπεπε∞∞−−===∫∫空穴能量为：2()()16sSiqExqxxφπε−=−4）如果在M/S界面半导体Si禁带中距价带1/3Eg的位置存在无穷大的界面态密度，则费米能级被钳位在距价带1/3Eg处，势垒高度为22,()33BngingCfqEqEEEφφ==−−，11,()33BpgingfVqEqEEEφφ==−−6.假设金属的功函数小于半导体的功函数φM<φS，分别讨论在M/S界面半导体Si禁带中Et能级处存在有限的施主和受主的界面态密度时，M/S接触的能带图和势垒特征。假设在Si表面形成的表面势为φs，在耗尽近似下，求耗尽层厚度。解：根据问题可获得如下一些结论：1）金属...