肖特基勢壘與歐姆接觸知識介紹

我們知道，N型半導體與P型半導體接觸會因為載流子的擴散形成耗盡區(qū)，從而形成PN節(jié)。當金屬與半導體接觸時會怎樣呢？

其中一種情況是，金屬與N型半導體接觸，半導體中的截流電子擴散進入金屬，從而在半導體中形成耗盡區(qū)與內(nèi)建電場，如下圖

這種情況與PN節(jié)是類似的。

如何確定電子是由半導體進入金屬還是從金屬進入半導體呢，這就需要使用能級的概念來理解。

能級理解

金屬材料的導帶與價帶是有重疊的，費米能級就處于導帶中。半導體的導帶與價帶是分離的，其費米能級處于導帶與價帶之間，對于本征半導體，費米能級處于正中間，對于N型半導體，費米能級靠近導帶，P型半導體中費米能級靠近價帶。

Fermi level in different materials

Fermi level vs. doping concentration

另外要知道的概念是材料的功函數(shù)(work function)和半導體的電子親和力(electron affinity)。功函數(shù)表示要讓電子從材料中逃逸到自由空間中的最小熱能量，電子親和力表示電子從自由空間掉落到半導體導帶底部所釋放的能量。兩個概念見下圖：

這樣就在接觸面形成了電子的勢壘，稱為肖特基勢壘(schottky barrier)。形成整流節(jié)(rectifying junction)。肖特基二極管就是利用該原理工作的。下圖中為該整流節(jié)在平衡情況、正向偏壓、負向偏壓下能級情況以及該整流節(jié)的VI特性：

正向偏壓時由于外電場的存在抬高了半導體側(cè)的費米能級，使得半導體中的電子面臨的勢壘高度降低，從而更容易流過接觸面進入金屬。負向偏壓時加大了該勢壘。

歐姆接觸

很多時候我們并不想在金屬與半導體接觸面出現(xiàn)該勢壘，比如半導體器件用金屬引線引出信號。理論上有兩種方式，一是降低勢壘高度，使載流子不需要很高的能量就可以躍過勢壘；二是大幅減小勢壘寬度，使載流子以隧穿的方式穿過。

如果通過選擇不同材料，使半導體的費米能級小于金屬的費米能級，則接觸面能帶情況將如下圖所示：

這樣電子從半導體進入金屬沒有勢壘，而從金屬進入半導體只有很小的勢壘，比較小的電壓就可以使電子輕松躍過勢壘進入半導體。這樣就是歐姆接觸(ohmic contact)的情況，當然其VI曲線并不是像理想歐姆電阻一樣的直線，而是近似直線。

另一種方式是通過重摻雜的方式，使形成的勢壘寬度很窄，這樣電子可以不用躍過勢壘而直接通過隧穿流過接觸面，正向偏壓、負向偏壓與VI特性(黑色曲線)如下圖：

P型半導體與金屬的接觸面的分析思路與N型半導體類似，只是載流子由電子變?yōu)榭昭ā?/p>

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