能带理论与半导体课件.ppt

1、2013年春年春-甄甄第第3 3章章 导电物理导电物理 3.5 能带理论的应用能带理论的应用20132013年春年春3.5 3.5 能带理论的应用能带理论的应用（1 1）半导体的表面能级）半导体的表面能级 （2 2）半导体与半导体的接触）半导体与半导体的接触 （3 3）半导体与金属的接触）半导体与金属的接触 20132013年春年春（1 1） 半导体的表面能级半导体的表面能级 能带结构是在无限扩展的能带结构是在无限扩展的3 3维晶体产生的周期场的前提下得维晶体产生的周期场的前提下得到的。到的。在材料的表面，势场不再与晶体内部的周期性势场相同，在材料的表面，势场不再与晶体内部的周期性势场相同，所

2、以材料表面的电子能级分布就会发生变化。所以材料表面的电子能级分布就会发生变化。 图图1 1 晶体表面的能带结构晶体表面的能带结构 判断一个系统是否处于平衡状态的根据是看其费密能级是否相等。判断一个系统是否处于平衡状态的根据是看其费密能级是否相等。两个分立的材料，费密面可以不一样。两个分立的材料，费密面可以不一样。但如果这两个材料连成一个系统，就会在这两个材料之间发生电但如果这两个材料连成一个系统，就会在这两个材料之间发生电荷的移动，最终使费密能级相等。荷的移动，最终使费密能级相等。 N N型半导体表面能级？型半导体表面能级？图图2. n2. n型半导体的表面能级型半导体的表面能级 为了达到平衡

3、，位于表面附近的电子就会移到表面去，占为了达到平衡，位于表面附近的电子就会移到表面去，占据表面电子能级，最后表面的费米能级与内部相等。据表面电子能级，最后表面的费米能级与内部相等。因为能带是连续的，禁带宽度不可改变，故形成能带弯曲。因为能带是连续的，禁带宽度不可改变，故形成能带弯曲。20132013年春年春由于电子从内部向表面迁移，在表面会出现负电荷，而接近由于电子从内部向表面迁移，在表面会出现负电荷，而接近表面的内部会因缺少电子而出现带正电荷的空穴。表面电势表面的内部会因缺少电子而出现带正电荷的空穴。表面电势这些空穴的存在，使这些空穴的存在，使n n型半导体的表面附近出现了一个型半导体的表面

4、附近出现了一个p p型的型的反转层。（书中的能带图上看不出）反转层。（书中的能带图上看不出） N N型半导体表面有一个很薄的型半导体表面有一个很薄的P P型反转层型反转层20132013年春年春载流子运动定则：载流子运动定则：在能带结构图中，电子的能级向上为越来越高，空穴的能级向下在能带结构图中，电子的能级向上为越来越高，空穴的能级向下为越来越高。为越来越高。例如：例如：在在N N型半导体中，如果外来的射线将价带的电子激发到导带，同型半导体中，如果外来的射线将价带的电子激发到导带，同时在价带留下空穴。时在价带留下空穴。电子，空穴如何运动？（提示：往低能级移动）电子，空穴如何运动？（提示：往低能

5、级移动）激发电子就会向半导体内部移动，激发电子就会向半导体内部移动，而空穴则会向半导体表面移动。而空穴则会向半导体表面移动。 思考： 利用光分解水时，为何利用光分解水时，为何TiOTiO2 2处得到的是处得到的是O O2 2而不是而不是H H2 2? ?硅系太阳能电池硅系太阳能电池多元化合物薄膜太阳能电池多元化合物薄膜太阳能电池纳米晶太阳能电池纳米晶太阳能电池有机太阳能电池有机太阳能电池染料敏化纳米晶染料敏化纳米晶太阳能电池太阳能电池DSSC延伸：Solar Cells分类单晶硅，多晶硅，非单晶硅，多晶硅，非晶硅晶硅 19911991年，由瑞士的科年，由瑞士的科学家学家GrtzelGrtzel

6、等人采用二氧化等人采用二氧化钛纳米粒子作为染料载体，钛纳米粒子作为染料载体，制作了染料敏化太阳能电池，制作了染料敏化太阳能电池，将其转化效率提高到将其转化效率提高到7%7%，继，继而迎来了而迎来了DSSCDSSC的新时代。的新时代。近年来，近年来，TiOTiO2 2半导体的光催化性能引起人们的重视。半导体的光催化性能引起人们的重视。Honda-FijishimaHonda-Fijishima效应：效应：本田本田- -藤岛（藤岛（Honda-FijishimaHonda-Fijishima）在）在19721972年发现，水溶液中的年发现，水溶液中的TiOTiO2 2电极被光照射后，光激发的电子进

7、入半导体电极内部，空穴电极被光照射后，光激发的电子进入半导体电极内部，空穴到达半导体表面。此空穴与水里的氧离子相互作用，电子则通到达半导体表面。此空穴与水里的氧离子相互作用，电子则通过铂电极与氢离子相互作用。过铂电极与氢离子相互作用。结果是：结果是：在二氧化钛电极上会产生氧气，在对极的铂电极上会产生氢气。在二氧化钛电极上会产生氧气，在对极的铂电极上会产生氢气。TiOTiO2 2染料敏化太阳能电池：染料敏化太阳能电池：DSSCDSSCDye-sensitized Solar Cell Honda-FijishimaHonda-Fijishima效应给了人们一种利用太阳能将水分解成效应给了人们一种

8、利用太阳能将水分解成氢气和氧气的可能性。氢气和氧气的可能性。电解水最少需电解水最少需1.23eV1.23eV的电压，所以半导体禁带至少要的电压，所以半导体禁带至少要1.23eV1.23eV以上，实际需要以上，实际需要2eV2eV以上。以上。二氧化钛的禁带有二氧化钛的禁带有3eV3eV，满足此条件，满足此条件，SnOSnO2 2也满足此条件。也满足此条件。 局限：由于局限：由于TiOTiO2 2半导体的禁带宽度比较大，如果制成太阳半导体的禁带宽度比较大，如果制成太阳能电池，则只有波长很短的紫外线能够将能电池，则只有波长很短的紫外线能够将TiOTiO2 2的价带电子的价带电子激发到导带上去，因此对

9、太阳能的利用效率很低。激发到导带上去，因此对太阳能的利用效率很低。解决方法：可以在解决方法：可以在TiOTiO2 2 表面吸附染料，这些染料能够吸收表面吸附染料，这些染料能够吸收大部分太阳光线，染料中激发出来的电子又注入到大部分太阳光线，染料中激发出来的电子又注入到TiOTiO2 2 的的导带上。同时将导带上。同时将TiOTiO2 2制成纳米晶体，以增加吸附染料的面制成纳米晶体，以增加吸附染料的面积。这样制得积。这样制得 “ “纳米纳米TiOTiO2 2染料敏化太阳能电池染料敏化太阳能电池”。 和其他太阳能电池不同，在染料敏化太阳能电池中，光的捕获和和其他太阳能电池不同，在染料敏化太阳能电池中

10、，光的捕获和光生载流子的传输是由敏化剂和光生载流子的传输是由敏化剂和TiOTiO2 2半导体分别完成的。半导体分别完成的。 纳米纳米TiOTiO2 2染料敏化太阳能电池工作原理染料敏化太阳能电池工作原理 DSSCDSSC是由透明导电玻璃、是由透明导电玻璃、TiOTiO2 2多孔纳多孔纳米膜、敏化染料、电解质溶液以及镀米膜、敏化染料、电解质溶液以及镀PtPt对电极构成的对电极构成的“三明治三明治”式结构电池。式结构电池。(4)(4)处于氧化态的染料分子处于氧化态的染料分子(S(S* *) )与电解质与电解质(I(I- -/I/I3 3- -) )溶液中的电子溶液中的电子供体供体(I(I- -)

11、)发生氧化还原反应而回发生氧化还原反应而回到基态，染料分子得以再生；到基态，染料分子得以再生；(5)(5)在对电极附近，电解质溶液在对电极附近，电解质溶液得到电子而还原。得到电子而还原。光电转换机理：光电转换机理：(1)(1)太阳光太阳光(hv)(hv)照射到电池上，基态染料照射到电池上，基态染料分子分子(S)(S)吸收太阳光能量被激发，染料分吸收太阳光能量被激发，染料分子中的电子受激跃迁到激发态子中的电子受激跃迁到激发态 (S(S* *) )；(2) (2) 激发态的电子快速注入到激发态的电子快速注入到TiOTiO2 2导带导带中；中；(3)(3)电子在电子在TiOTiO2 2膜中迅速的传输

12、，在导电膜中迅速的传输，在导电基片上富集，通过外电路流向对电极；基片上富集，通过外电路流向对电极；Solar powered keyboardGraetzel solar bag产品展示产品展示20132013年春年春图图3. p3. p型半导体的表面能带结构型半导体的表面能带结构 20132013年春年春（2 2） 半导体与半导体的接触半导体与半导体的接触 p-np-n结结 图图4. 4. 表示表示p-np-n结在结合瞬间的能级状态结在结合瞬间的能级状态 20132013年春年春图图5.5.热平衡状态下的热平衡状态下的p-np-n结的能级状态结的能级状态(a) (a) 扩散电位扩散电位;(b

13、) ;(b) 杂质浓度杂质浓度; ;(c) (c) 载流子浓度；载流子浓度；(d) (d) 空间电荷空间电荷 20132013年春年春空间电荷层：以接触面为界限，空间电荷层：以接触面为界限，n n型区域有一个带正电的空型区域有一个带正电的空间电荷层，在间电荷层，在p p型区域有一个带负电的空间电荷层。这个空间型区域有一个带负电的空间电荷层。这个空间电荷层产生一个内电场。电荷层产生一个内电场。正向导通正向导通（扩散）（扩散）顺着扩散电压的方向，即顺着扩散电压的方向，即p p型区域为正电型区域为正电位，位，n n型区域为负电位时，载流子容易流动。型区域为负电位时，载流子容易流动。整流原理（漂移）：

14、而逆着扩散电位的方向，即整流原理（漂移）：而逆着扩散电位的方向，即p p型区域为型区域为负电位，负电位，n n型区域为正电位时，载流子不容易流动。这就是型区域为正电位时，载流子不容易流动。这就是p-p-n n结整流的原理。结整流的原理。 p-np-n结整流的原理：反向截止结整流的原理：反向截止20132013年春年春当太阳光射入到当太阳光射入到p-np-n结时，结时，p p型区域和型区域和n n型区域都有可能出现电型区域都有可能出现电子激发现象。子激发现象。n n型区域的价带电子被激发到导带上后，就停留型区域的价带电子被激发到导带上后，就停留在在n n型的导带上，而在型的导带上，而在n n型价

15、带上同时形成的空穴会迁移到能型价带上同时形成的空穴会迁移到能量更稳定的量更稳定的p p型的价带上去。型的价带上去。p p型区域的价电子被激发到导带型区域的价电子被激发到导带上后，将迁移到能量更稳定的上后，将迁移到能量更稳定的n n型的导带上，而在型的导带上，而在p p型区域价型区域价带上同时形成的空穴则停留在该价带上。带上同时形成的空穴则停留在该价带上。p-np-n结不仅能将光子能量转变成电荷能量，更重要的是能够在结不仅能将光子能量转变成电荷能量，更重要的是能够在空间位置上将正负电荷分离开来。空间位置上将正负电荷分离开来。如果在如果在p-np-n结的外部接上回路，这些被分离的正负电荷就可以结的

16、外部接上回路，这些被分离的正负电荷就可以通过回路相互结合，这就是太阳能电池。通过回路相互结合，这就是太阳能电池。 重拾太阳能电池工作原理重拾太阳能电池工作原理20132013年春年春异质结：可以将两个禁带宽度不同的半导体材料组成异质结：可以将两个禁带宽度不同的半导体材料组成p-np-n结，结，这种由不同材料组成的这种由不同材料组成的p-np-n结又称异质结。结又称异质结。此时，禁带较宽的半导体将吸收波长较短的光线，禁带较窄此时，禁带较宽的半导体将吸收波长较短的光线，禁带较窄的半导体则吸收波长较长的光线，可以利用的太阳光波长范的半导体则吸收波长较长的光线，可以利用的太阳光波长范围更大，从而增加了

17、太阳能利用效率。围更大，从而增加了太阳能利用效率。哪个材料朝向太阳更好？哪个材料朝向太阳更好？异质结太阳能电池：工作原理异质结太阳能电池：工作原理一般都将禁带宽度较大的半导体设计在朝向太阳一般都将禁带宽度较大的半导体设计在朝向太阳光一侧，这种半导体又称为电池的窗口材料。光一侧，这种半导体又称为电池的窗口材料。思考思考1 1：在太阳能电池中窗口层材料是什么？有什么作用？：在太阳能电池中窗口层材料是什么？有什么作用？ 答：窗口层的意思同他的中文意思是一样的，指太阳能电池首先接受光的地答：窗口层的意思同他的中文意思是一样的，指太阳能电池首先接受光的地方。一般窗口层起到同电池本体层形成方。一般窗口层起

18、到同电池本体层形成pnpn结内电场的作用，如果电池本体结内电场的作用，如果电池本体层是层是N N型，窗口就是型，窗口就是p p型，反之亦然。但是，由于窗口层是表面层，表面复型，反之亦然。但是，由于窗口层是表面层，表面复合严重，因此窗口层要尽量避免吸收光产生载流子，因此窗口层普遍采用合严重，因此窗口层要尽量避免吸收光产生载流子，因此窗口层普遍采用禁带宽度大的材料制成，尽量不吸收光。禁带宽度大的材料制成，尽量不吸收光。 追问：为什么要尽量不吸收光呢？太阳能电池不是要利用光生电子吗？追问：为什么要尽量不吸收光呢？太阳能电池不是要利用光生电子吗？如果不吸收光，要窗口层干什么作用？如果不吸收光，要窗口层

19、干什么作用？回答：因为窗口层靠近表面，缺陷非常多，如果吸收光产生光生载流子的话回答：因为窗口层靠近表面，缺陷非常多，如果吸收光产生光生载流子的话很容易死掉，对电池输出不做贡献，吸收的光都浪费了，降低了电池效率。很容易死掉，对电池输出不做贡献，吸收的光都浪费了，降低了电池效率。所有把光尽可能的让本体材料吸收。所有把光尽可能的让本体材料吸收。20132013年春年春图图6 6 异质结的光伏特效应原理异质结的光伏特效应原理 20132013年春年春（3 3）半导体与金属的接触）半导体与金属的接触 半导体半导体金属金属半导体半导体金属金属What?What?能带结构发生变化能带结构发生变化新的物理效应

20、和应用新的物理效应和应用可编辑20132013年春年春典型的金属与半导体接触有两类：典型的金属与半导体接触有两类：一类是整流接触，即制成肖特基势垒二极管，一类是整流接触，即制成肖特基势垒二极管，另一类是非整流接触，即另一类是非整流接触，即欧姆接触。欧姆接触。半导体与金属的接触状态与这两种材料的功函数有关。半导体与金属的接触状态与这两种材料的功函数有关。 材料的功函数，是指材料的费密能级与真空能级之间的差值。材料的功函数，是指材料的费密能级与真空能级之间的差值。 20132013年春年春图图6 6 金属与金属与n n型半导体的整流接触型半导体的整流接触(a) (a) 接触前接触前;(b) ;(b

21、) 接触后接触后 20132013年春年春1 1）反向：如果加上偏压，使金属与负极连接，半导体与正极连）反向：如果加上偏压，使金属与负极连接，半导体与正极连接，电子在此偏压的作用下从金属流向半导体，要越过一个很大接，电子在此偏压的作用下从金属流向半导体，要越过一个很大的势垒。故此时为反向偏压，电流很小。的势垒。故此时为反向偏压，电流很小。2 2）正向：如果使金属与正极连接，半导体与负极连接，电子在）正向：如果使金属与正极连接，半导体与负极连接，电子在此偏压下从半导体流向金属，要越过的势垒较小，此时为正向偏此偏压下从半导体流向金属，要越过的势垒较小，此时为正向偏压，电流较大。压，电流较大。n n

22、型半导体与金属接触的情况型半导体与金属接触的情况1 1：假设假设M MS S 故这样的金属与半导体接触状态具有整流效应。故这样的金属与半导体接触状态具有整流效应。20132013年春年春图图7 7 金属与金属与p p型半导体的整流接触型半导体的整流接触 ：P P端接正极端接正极20132013年春年春肖特基势垒二极管高频特性好，开关速度快，由于它是杂肖特基势垒二极管高频特性好，开关速度快，由于它是杂质引起的多数载流子在起作用，不是由于热产生的本征激质引起的多数载流子在起作用，不是由于热产生的本征激发的少数载流子起作用，所以热噪声很低。发的少数载流子起作用，所以热噪声很低。 20132013年春

23、年春欧姆接触欧姆接触 当当n n型半导体与金属接触，型半导体与金属接触，且且M M S S时，也形成欧姆接触。时，也形成欧姆接触。 20132013年春年春实际工作中，常通过重掺杂半导体与金属接触实际工作中，常通过重掺杂半导体与金属接触，使，使其势垒很其势垒很薄薄，电子可以通过隧道效应穿过势垒，从而形成欧姆接触。，电子可以通过隧道效应穿过势垒，从而形成欧姆接触。 欧姆接触是设计和制造超高频、大功率器件的关键问题，欧姆接触是设计和制造超高频、大功率器件的关键问题，因为半导体元件都需要通过电极引线与外部电路进行电学因为半导体元件都需要通过电极引线与外部电路进行电学连接，而欧姆接触效应则广泛地应用于

24、这些电极引线的设连接，而欧姆接触效应则广泛地应用于这些电极引线的设计生产中。计生产中。 20132013年春年春补充：补充： 备注：备注：1 1）阻挡层：高电阻区，理解为肖特基接触）阻挡层：高电阻区，理解为肖特基接触2 2）反阻挡层：高电导区，理解为欧姆接触）反阻挡层：高电导区，理解为欧姆接触20132013年春年春金属和半导体的功函数金属和半导体的功函数 W Wm m 、W Ws s1 1、金属的功函数、金属的功函数 W Wm m表示一个起始能量等于费米能级的电子，由金属内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部逸出到表面外的真空中所需要的最小能量最小能量

25、。E0(EF)mWm0()mFmWEE即：E E0 0为真空中电子的能量，又为真空中电子的能量，又称为真空能级。称为真空能级。 金属铯金属铯CsCs的功函数最低的功函数最低1.93eV1.93eV，PtPt最高为最高为5.36eV5.36eV20132013年春年春2 2、半导体的功函数、半导体的功函数 W Ws sE E0 0与费米能级之差称为半导体与费米能级之差称为半导体的功函数。的功函数。0()sFsWEE即：用用表示从表示从E Ec c到到E E0 0的能量间隔：的能量间隔：0cEE称称为电子的亲和能，它表示要使半导体导带为电子的亲和能，它表示要使半导体导带底的电子逸出体外所需要的最小

26、能量。底的电子逸出体外所需要的最小能量。E Ec c(EF)sE Ev vE E0 0WsE En n20132013年春年春 N N型半导体：型半导体：scFnsWEEE式中式中：()ncFsEEE P P型半导体型半导体：()pFsvEEE()soFsgpWEEEE式中：式中：Note: Note: 和金属不同的是，半导体的费米能级随杂质浓度变化，所和金属不同的是，半导体的费米能级随杂质浓度变化，所以，以，WsWs也和杂质浓度有关。也和杂质浓度有关。故常用亲和能表征半导体故常用亲和能表征半导体20132013年春年春半导体半导体金属金属半导体半导体金属金属What?What?能带结构发生变

27、化能带结构发生变化新的物理效应新的物理效应和应用和应用3 3、金属、金属/ /半导体接触半导体接触20132013年春年春金属与半导体的接触及接触电势差金属与半导体的接触及接触电势差1. 1. 阻挡层接触阻挡层接触金属金属n n半导体半导体mWFmEsWnEvEcEFsE0E设想有一块金属和一块设想有一块金属和一块n n型型半导体，并假定半导体，并假定金属的功函数大于半导体的功函数，即：金属的功函数大于半导体的功函数，即：（1）msWW即半导体的费米能即半导体的费米能E EFsFs高于金属的费米能高于金属的费米能E EFmFm金属的传导电子的浓度金属的传导电子的浓度很高，很高，10102222

28、10102323cmcm-3-3半导体载流子的浓度比半导体载流子的浓度比较低，较低，1010101010101919cmcm-3-320132013年春年春金属半导体接触前后能带图的变化金属半导体接触前后能带图的变化：接触后接触后，金属和半导体的费，金属和半导体的费米能级应该在同一水平，半导体米能级应该在同一水平，半导体的导带电子的导带电子必然必然要流向金属，而要流向金属，而达到统一的费米能达到统一的费米能接触前，接触前，半导体的费米能半导体的费米能级高于金属（相对于真空级高于金属（相对于真空能级），所以半导体导带能级），所以半导体导带的电子有向金属流动的的电子有向金属流动的可可能能W Wm

29、mE EFmFmW Ws sE E0 0E Ec cE EFsFsE Ev v接触前接触前接触后接触后qVqVD DE EF FE EF FE Ev vE Ec cmqx xd dE E0 0在半导体内，电在半导体内，电场从右到左，越场从右到左，越靠左，电子动能靠左，电子动能越小，势能越高越小，势能越高20132013年春年春在接触开始时，金属和半导体的间距大于原子的间距，在接触开始时，金属和半导体的间距大于原子的间距，在两类材料的表面形成电势差在两类材料的表面形成电势差VmsVms。smmsmsWWVVVq接触电势差：接触电势差：紧密接触紧密接触后，电荷的流动使得在半导体表面相当厚的一后，电

30、荷的流动使得在半导体表面相当厚的一层形成正的层形成正的空间电荷区空间电荷区。空间电荷区形成电场，其电场。空间电荷区形成电场，其电场在界面处造成在界面处造成能带弯曲能带弯曲，使得半导体表面和内部存在，使得半导体表面和内部存在电电势差势差，即，即表面势表面势VsVs。接触电势差分降在。接触电势差分降在空间电荷区空间电荷区和金和金属与半导体属与半导体表面之间表面之间。但当忽略接触间隙时，电势主要。但当忽略接触间隙时，电势主要降在降在空间电荷区。空间电荷区。20132013年春年春现在考虑忽略间隙中的电势差时的现在考虑忽略间隙中的电势差时的极限情形极限情形: :半导体一边的势垒高度为：半导体一边的势垒

31、高度为：DsmsqVqVWW 金属一边的势垒高度为：金属一边的势垒高度为：mnDnsnmsnmqqVEqVEWWEW 半导体体内电场为零，在空间电荷半导体体内电场为零，在空间电荷区电场方向由内向外，半导体表面区电场方向由内向外，半导体表面势势V Vs s0 0mqE EF FE Ev vqVqVD DEcE E电场电场20132013年春年春在势垒区，空间电荷主要由电离施主形成，电子浓度比体内小在势垒区，空间电荷主要由电离施主形成，电子浓度比体内小得多，是一个高阻区域得多，是一个高阻区域，称为阻挡层。界面处的势垒通常称为，称为阻挡层。界面处的势垒通常称为肖特基势垒。肖特基势垒。mqE EF F

32、E Ev vqVqVD DEcE E电场电场所以：所以：金属与金属与N N型半导体接触时，若型半导体接触时，若WmWsWmWs，即半导体的费米能级高，即半导体的费米能级高于金属，电子向金属流动，稳于金属，电子向金属流动，稳定时系统费米能级统一，在半定时系统费米能级统一，在半导体表面一层形成导体表面一层形成正的空间正的空间电荷区电荷区，能带向上弯曲，形成，能带向上弯曲，形成电子的表面势垒。电子的表面势垒。20132013年春年春金属与金属与P P型半导体接触时，若型半导体接触时，若W Wm mWWs s，即金属的费米能级比半导，即金属的费米能级比半导体的费米能级高，半导体的多子空穴流向金属，使得

33、金属表体的费米能级高，半导体的多子空穴流向金属，使得金属表面带正电，半导体表面带负电，半导体表面能带向下弯曲，面带正电，半导体表面带负电，半导体表面能带向下弯曲，形成空穴的表面势垒。形成空穴的表面势垒。（2 2）金属）金属p p型半导体接触的阻挡型半导体接触的阻挡层层在半导体的势垒区，空间电荷主要由负的电离受主形成，其多在半导体的势垒区，空间电荷主要由负的电离受主形成，其多子空穴浓度比体内小得多，也是一个高阻区域，形成空穴阻挡子空穴浓度比体内小得多，也是一个高阻区域，形成空穴阻挡层层。空穴势垒对于电子来说是势阱（理解）空穴势垒对于电子来说是势阱（理解）20132013年春年春金属和金属和p p

34、型半导体型半导体 W Wm mWWsWmWs金属与金属与P P型半导体型半导体, WmWs, WmWs阻挡层阻挡层20132013年春年春2. 2. 反阻挡层接触反阻挡层接触 金属与金属与N N型半导体接触时，若型半导体接触时，若 WmWs,Wm00，能带向下弯曲。这里电子浓度比体内大得多，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，即电子反阻挡层因而是一个高电导的区域，称之为反阻挡层，即电子反阻挡层( (电子势阱电子势阱) )。（1 1）金属与）金属与N N型半导体接触型半导体接触20132013年春年春W Wm mE EFmFmW Ws sE E0 0E

35、 Ec cE EFsFsE Ev vE EE Ec cE EFsFsE Ev vmsDWWqVDx金属金属 /n/n型半导体接触前后电子反阻挡层形成能带图的变化：型半导体接触前后电子反阻挡层形成能带图的变化：在半导体表面，能带向下弯曲，相当有个电子的在半导体表面，能带向下弯曲，相当有个电子的势阱势阱, , 多子电子的浓度比体内大得多，是一个高通多子电子的浓度比体内大得多，是一个高通区，即电子的反阻挡层高导通区。（很薄！）区，即电子的反阻挡层高导通区。（很薄！）20132013年春年春（2 2）金属与）金属与P P型半导体接触型半导体接触金属与金属与P P型半导体接触时，若型半导体接触时，若Wm

36、WsWmWs，空穴将从金属流向半导体，空穴将从金属流向半导体表面，在半导体表面形成正的空间电荷区，电场方向由体内指表面，在半导体表面形成正的空间电荷区，电场方向由体内指向表面，向表面，Vs0VsWWs s阻挡层阻挡层反阻挡层反阻挡层W Wm mWsWs反阻挡层反阻挡层阻挡层阻挡层上述金半接触模型即为上述金半接触模型即为Schottky Schottky 模型：模型：Note: Note: 反阻挡层是很薄的反阻挡层是很薄的高电导层高电导层，对半导体和金属的接触电阻，对半导体和金属的接触电阻的影响是很小的，它在平常的实验中观测不到。的影响是很小的，它在平常的实验中观测不到。能带向上弯曲能带向上弯曲能带向下弯曲能带向下弯曲（高阻区）（高阻区）（高电导区）（高电导区）（高阻区）（高阻区）（高电导区）（高电导区）可编辑