11-第十一讲--薄膜材料物理--第四章薄膜的表面和界面ppt课件.ppt

第四章 薄膜的表面和界面(续) 第11讲 在研究薄膜中，外表：固体和气体或真空的分界面 界面: 固体和固体的分界面 几何表面：表面的几何分界面。 物理表面：一个电子结构不同于内部的表面区域 由于具体的材料不同，表面区的厚度有很大的差异,薄膜的常用厚度为几十到几百nm.,金属的表面区只有一.二个原子层； 半导体的表面区，却有几个，甚至几千个原子层； 电介质的表面区更厚。,金属表面带正电，半导体的界面层中带负电，,由电子增多，所以半导体界面层的费米能解的价带顶的距离增大，价带向下弯曲,当ms时，金属与p型半导体接触后，电子从逸出功小的材料移向逸出功大的材料，即从金属移向半导体，Egm=Egs=EF,形成双电层。,对电子形成能谷，对空穴则成为位垒。,(2) 金属与p型半导体接触,图c）：m=p 静电流为零 （Vm=0,Vs=0）图d）：Vm=0，Vs=+V，即半导体一侧接正,半导体中的电子的能位下降，,通向，正向,或半导体中的空穴的能位上升,sm 电流为,导致有较多的空穴从半导体流向金属：,图e）：Vm=0，Vs=-V，即半导体一侧接负 半导体中的电子能为上升，或半导体中的空穴能位下降,但：,对金属来说m很小. 阻向，反向,导致有空穴从金属流向半导体形成电流：ms,当ms时，金属与p型半导体接触如图：,ms,接触后，电子从半导体流向金属，在半导体表面形成空穴，在金属表面积积累电子，从而形成双电层。对电子来说，界面处有相当大的位垒，但是对于空穴来说，情况正好相反。因而空穴很易从空穴从半导体流向金属，并瞬时得到中和。因为热激发，在金属导带中形成的空穴也很易流入半导体，所以这种接触没有整流效应，是欧姆接触, 有表面态的影响,(3) 表面态对接触特性的影响 接触界面的电荷分布和势垒是由金属表面态和半导体这三个电子系统的相互平衡决定，这三个系统美欧相互接触，如下,EF是表面态处于电中性时的费米能级，可将它看成是填满的和空的表面能解的分界线。,s：从表面态EF到真空能解的能量0：从表面态EF到导带底的能量 硅，锗，砷化镓等,先讨论金属与表面态间的平衡 ms 电子从金属流入半导体表面态,金属正，半导负，,金属为正，费米能级下降,整个金属能带下降q,从金属费米能级到半导体导带的能量，即位垒为：,在没有表面态时，界面间距,很小，其上电位差,平衡,很小可忽略在有表面态时，在,上的电位差可达,一伏特的数量级，此处电场大.,这说明金属和表面态上单位面积的电荷多再考虑与半导体内部取得平衡由于半导体内部的Eg高于金属和表面态的费米能级，电子将从半导体流向金属和表面态,双电层,在半导体一边形成有一定厚度的正空间电荷区，在空间电荷区中的电位差半导体一边为正）使半导体内的能带连同费米能级一起下降，最后使金属表面态，半导体三个系统的费米能级都相同。 在表面态很多，其能态密度很大的极端情况下，不管表面态和金属交换多少电子，表面态的EF都将变化很小，甚至认为：,为单位面积上由金属到表面态的电子数D为表面态单位面积的态密度单位能量）,所以，金属和表面态单位面积的电荷为,由平衡条件：,前面的系数是一个分数,对于n型硅：这个系数为,说明势垒高度的变化只有金属逸出功的,实际的金属半导体接触一般都具有较高哦阿德表面态高度，所以，达到平衡时，界面处费米能级必然很接近原来表面态的费米能级,由图可知，,处在,图中Vs表示半导体表面相对于内部的电势差对于n型半导体，能带向上弯，构成对电子的位垒对于p型半导体，能带向下弯，构成对空穴的位垒,金属与半导体接触，一般都会形成位垒，而构成整流接触,（价带之上的位置，,如果在金属半导体接触时，无法避免产生位垒，则可采用以下形成欧姆接触,不论是n型或p型半导体都将形成位垒,第一种方法是用在半导体中高浓度掺杂，以减薄位垒， 加强隧道效应。因为隧道长度就是空间电荷区的 宽度。而后者与半导体掺杂浓度的平方根成反比 （单边突变结） 第二种方法是在接触界面附件的半导体中引入大量的 金属杂质，以破坏位垒的整流作用。,4.3.5 金属与介质接触,电极(金属)与介质接触有如下三种接触。 注入(欧姆)接触；中性接触；阻挡接触,