Mine论坛友情提供：http://www.1398.zj.com欢迎访问交流半导体物理经验 欧姆接触可以通过金属半导体形成反阻挡层或隧道效应制造。实际生产中，主要利用隧
道效应在半导体上制造欧姆接触。
J V 习题选： 17?3 图4 欧姆接触的I-V特性曲线 1。施主浓度ND=10cm的n型Si，室温下功函数是多少？若不考虑表面态的影响， 它分别和Al,Au,Mo接触时形成阻挡层还是反阻挡层？Si的电子亲和能取4.05eV.设 WAl=4.18eV, WAu=5.20eV, WMo=4.21eV. 解：室温下杂质全电离，则 解得 En=0.15eV 故 WSi=4.05+0.15=4.20eV 已知WAl=4.18eV< WSi,所以两者接触形成反阻挡层； 而WAu，WMo均大于WSi，所以Au,Mo与n型Si接触均形成阻挡层。 2、电阻率为10Ω·cm的n型Ge和金属接触形成的肖特基势垒高度为0.3eV,求加上5V反向 电压时的空间电荷层厚度。 解：查300K时Ge的电阻率与杂质浓度的关系表：当ρ=10Ω·cm时，ND=1.5*10cmNEF?k0Tlnc?0.29eVn0 . 因为q?ns=0.3eV，所以(Vs)0???ns?En/q?0.1V 加上5V反向电压后 14?3n0?Ncexp(?Ec?EFE)?Ncexp(?n)?ND?1017kTkT ， 答：加上5V反向电压以后的空间电荷层厚度为7.7μm. xd?{?2?r?0[(Vs)0?V]1/2}?7.76?mqND 第七章 半导体表面与MIS结构 本章介绍 本章引入表面态的概念，主要讨论MIS结构中半导体的表面电场效应和电容-电压特性。介绍Si-SiO2系统的性质，定性介绍了表面电导及迁移率。
在8.1节，引入表面态的概念，说明表面态的来源。
在8.2节，讨论热平衡状态下理想MIS结构中半导体的表面电场效应，包括表面势，表面空间电荷区的电场、电势和电容。定性阐述深耗尽状态下的表面电场效应。
在4.3节，讨论理想MIS结构的电容-电压特性，并讨论金属和半导体功函数差、绝缘层电荷对MIS结构的电容-电压特性特性的影响。
在8.4节，介绍Si-SiO2系统的性质。
在8.4节，定性介绍了表面电导及迁移率。
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8.1 表面态 本节要点：
1、表面态
晶体自由表面的存在使其周期性势场在表面处发生中断，引起附加能级，即表面态。表面态可看作表面最外层的原子未饱和键（悬挂键）所对应得电子能态，另外表面处还有由于晶体缺陷或吸附原子等原因引起的表面态。
表面态改变了晶体周期性势场，它和半导体内部交换电子和空穴，半导体表面状况严重影响半导体器件和集成电路的电学特性，尤其是稳定性和可靠性。 8.2表面电场效应 本节要点： 1、MIS结构在不同电压下的表面势； 2、MIS结构表面空间电荷区的电场、电势和电容； 3、MIS结构表面强反型的条件； 4、MIS结构深耗尽状态 表面势及空间电荷区内电荷的分布情况随金属与半导体间所加电压VG而变化，可归纳为多子堆积，耗尽，反型，深耗尽四种情况，对n型半导体，五种情况如下图所示。 (a) 堆积状态 金属与半导体间加正电压，表面势Vs为正值，表面处能带向下弯曲，表面多子－电子浓度增加，这样表面层内出现电子堆积。为 空间电荷区电荷密度 2??kTQs??r00exp?qVs/2k0T??exp?qVs/2k0T?qLD (8-1) 空间电荷区电容 Cs??r?0LDexp?qVs/2k0T??exp?qVs/2k0T? (8-2) 空间电荷区电场 E? Qs?r?0?2k0TqVs/2k0TeqLD (8-3) (b) 耗尽状态 金属与半导体间加不太高的负电压，表面势Vs为负值，表面处能带向上弯曲，越接近表面，Ec离EF越远，导带中电子浓度越低，表面多子耗尽，正电荷浓度近似为电离施主浓度。 空间电荷区电荷密度 2??Qs?r0qLD空间电荷区电容 ?k0T???q????1/2?Vs?1/2??Vs?1/21/2 (8-4) Cs?空间电荷区电场 ?r?0?k0T????qLD?qV?s???Vs??1/2 (8-5) 2?k0T?1/2????E??Vs?LD??q? (8-5)
此时，空间电荷区电容相当于平板电容器，其绝缘层厚度为耗尽层宽度。
(c) 反型状态 金属和半导体间加负电压,且VG<<0，表面能带向上弯曲，表面处EF低于
Ei，空穴浓度超过电子浓度，表面导电类型与体内相反，叫反型层。反型层发生在近表面处，从反型层到半导体内部还夹着一层耗尽层。半导体空间电荷层内的正电荷由两部分组成，一部分是耗尽层中已电离的施主正电荷，一部分是反型层中的空穴。
1/2Mine论坛友情提供：http://www.1398.zj.com欢迎访问交流半导体物理经验 强反型条件
Vs??2VB (8-7)
k0T?ni?ln???qVs/2k0TqND??。此时，在半导体表面少子浓度ps?nn0?nie其中
杂质浓度越高，越难达到强反型。当Vs=2VB时，金属上加的电压称为开启电压。
VB?一旦出现强反型，表面耗尽层宽度达到极大值xdm
4??V4??0kTNA1/2xdm?(rs0B)1/2?[rsln()]2qVnqNAiA 强反型后，空间电荷区电荷密度 2kTQs?0qLD空间电荷区电容 ?pn0??n?n0????1/2exp?qVs/2k0T??exp?qVs/2k0T? (8-8) Cs?空间电荷区电场 ?r?0?pn0?LD???n??n0?1/2exp?qVs/2k0T??exp?qVs/2k0T? (8-9) ?pn0???eqVs/2k0T?n??n0? (8-10) (d) 深耗尽状态 当在金属和半导体间的负电压值突然迅速增大，反型层内电荷跟不上外加电压的变化，为满足绝缘层两边的正负电荷量的平衡，半导体的耗尽层进一步展宽，这种情况称为表面深耗尽。 (e) 平带状态 理想MIS结构，当VG=0时，Vs=0，表面能带不弯曲，Qs=0，E=0。此时空间电荷区电容称为平带电容，用CFBS表示 2kTE??0qLD1/2
Mine论坛友情提供：http://www.1398.zj.com欢迎访问交流半导体物理经验 CFBS?2?r?0LD (8-11)
8.3 MIS结构的C-V特性
Ec EF Ei Ev Ec EF Ei Ev ??x x (a) 多子堆积 (b) 多子耗尽 Ec EF Ei Ev Ec EF E i Ev ??x x (a) 反型
(b) 深耗尽
图1 由n型半导体构成的理想MIS结构在各种VG下的表面势和电荷分布
本节要点：
1、理想MIS结构的C-V特性；
2、金属、半导体功函数差对MIS结构的C-V特性的影响； 3、绝缘层电荷对MIS结构的C-V特性的影响
Mine论坛友情提供：http://www.1398.zj.com欢迎访问交流半导体物理经验 加在MIS结构金属板上的电压VG降在绝缘层和半导体表面层中，即
VG= V0+ Vs (8-12)
MIS结构的等效电容C满足
111??CC0Cs (8-13) 金属板加正偏压时，有
C?Co11?C0LDqVsexp(?)εrsε02k0T (8-14) (a) 加较大正偏压时，Vs为正值，且绝对值较大，C= C0，如图2中AB段所示； (b) 当VG较小时，Vs也很小，此时C/ Co值随Vs减小而减小，如BC段所示。 (c) 当VG=0时，对理想MIS结构，Vs=0，则 (C)Vs?0CFB1?????kTC0C01?ro(2rs02)1/2?rsqNAd0 (8-14) （d）当金属与半导体间加偏压VG为正但不足以使半导体表面反型时，空间电荷区处于耗尽状态，则 C?Co 122?r0?0VG1/2(1?)2?rsqNAd0 (8-15) 当VG增大时，C/ Co将减小，如CD段。 （e）当外加电压增大到使Vs>2VB时，耗尽层宽度保持在xdm，表面强反型。 C?Co 11??r0LD?r0d0[np0pp0exp(qVs1/2)]kT (8-16) 此时，上式第二项趋于零，C/ Co=1，适用于低频信号，如EF段。加高频信号时，如GH段。 （f）深耗尽时，如MN段。 非理想情况下，考虑功函数差和绝缘层电荷的存在，则VG=0时，表面能带发生弯曲。为了恢复平带需要在金属板上加的电压称为平带电压，常用VFB表示 1d0x(x)VFB??Vms?dx?Cd0o0 平带电压 (8-17) Ws?Wmq其中是由功函数差引入的平等电压，第二项是绝缘层中电荷引入的平带电
压。一般而言，绝缘层中存在正电荷，它引入负的平带电压。
Vms? 8.4 Si-SiO2系统性质 本节要点：
1、Si-SiO2系统存在的电荷
Si-SiO2系统存在以下四种形式的电荷：