中国科学技术大学物理系微电子专业 半导体表面处，禁带中存在表面态. 半导体与其表 面态通过交换电子，达到相互平衡→由于表面态 的存在，半导体表面产生空间电荷区，能带弯曲。 为了描述半导体表面态，引入中性能级q中o 当q中。以下的表面态全部被电子占据，而以上的全部空出时， 半导体表面是中性的。低于qΦ。的界面态没有电子占据时带 正电，作用相当于施主，高于qΦ。的界面态被电子占据时带 负电，作用相当于受主。 如果q中。与半导体的E重合，则界面态和半导体内部没有电 子交换，界面的净电荷为0。如果q中>E,则电子从表面向 体内转移，界面净电荷为正，q中。<E,电子从体内向表面 转移，界面净电荷为负。 Principle of Semiconductor Devices 2023/5/15 26
中国科学技术大学物理系微电子专业 2023/5/15 Monday 26 • 半导体表面处, 禁带中存在表面态. 半导体与其表 面态通过交换电子, 达到相互平衡 由于表面态 的存在,半导体表面产生空间电荷区, 能带弯曲。 • 为了描述半导体表面态，引入中性能级qΦ 0： 当qΦ 0以下的表面态全部被电子占据，而以上的全部空出时， 半导体表面是中性的。低于qΦ 0的界面态没有电子占据时带 正电，作用相当于施主，高于qΦ 0的界面态被电子占据时带 负电，作用相当于受主。 • 如果qΦ 0与半导体的EF重合，则界面态和半导体内部没有电 子交换，界面的净电荷为0。如果qΦ 0>EF，则电子从表面向 体内转移，界面净电荷为正，qΦ 0<EF，电子从体内向表面 转移，界面净电荷为负。 Principle of Semiconductor Devices
中国科学技术大学物理系微电子考业 以M/n型半导体为例，且Wm>Ws ①单独考虑表面态：表面态在能隙中形成 一个能带 设表面态的电中性能级距价带顶为eΦ0 由表面态的带电状态，表面态可分为： ◆施主型表面态一被电子占据时，呈电中 性，失去电子后，呈正电性 ◆ 受主型表面态一空态时，呈电中性，得 到电子后，呈负电性： 对大多数半导体，表面态电中性能级距价带顶大 约有e中0=⅓Eg Principle of Semiconductor Devices 2023/5/15 27
中国科学技术大学物理系微电子专业 2023/5/15 Monday 27 以M/n型半导体为例, 且Wm>Ws . ① 单独考虑表面态:表面态在能隙中形成 一个能带. 设表面态的电中性能级距价带顶为eΦ 0 由表面态的带电状态, 表面态可分为: ♦ 施主型表面态—被电子占据时, 呈电中 性, 失去电子后,呈正电性. ♦ 受主型表面态—空态时, 呈电中性, 得 到电子后,呈负电性. 对大多数半导体,表面态电中性能级距价带顶大 约有 eΦ 0 = ⅓ Eg Principle of Semiconductor Devices
中国科学技术大学物理系微电子考业 ②半导体与其表面态通过交换电子，达到相 互平衡，具有统一的E· ·钉扎效应：当表面态的密度很大，E被表 面态钉扎（钉扎于表面态电中性能级）. ◆对n型半导体： eVD=Eg-eΦo-Ec-E)a ◆对p型半导体： eVD=eΦo-Er-Evp 图？8中高表面芬密度 时到半异体的饴带世 Principle of Semiconductor Devices 2023/5/15 28
中国科学技术大学物理系微电子专业 2023/5/15 Monday 28 ②半导体与其表面态通过交换电子, 达到相 互平衡, 具有统一的EF . • 钉扎效应：当表面态的密度很大, EF被表 面态钉扎 (钉扎于表面态电中性能级) . ♦ 对n型半导体: eVD =Eg –eΦ0 –(Ec –EF )n ♦ 对p型半导体: eVD =eΦ0 –(EF –EV )p Principle of Semiconductor Devices
中国科学技术大学物理系微电子考业 ③考虑金属/半导体： 当带有表面态的半导体与金属接触，要 考虑这三者之间的电子交换， 平衡时，金属，表面态和半导体具有统一 的E Principle of Semiconductor Devices 2023/5/15 29
中国科学技术大学物理系微电子专业 2023/5/15 Monday 29 ③考虑金属/半导体: 当带有表面态的半导体与金属接触, 要 考虑这三者之间的电子交换. 平衡时,金属,表面态和半导体具有统一 的EF . Principle of Semiconductor Devices
中国科学技术大学物理系微电子专业 ·对金属/半导体接触势垒的小结： 仍以M/n-S,势垒接触(Wm>Ws为例： eΦss=eVD+Ec-E)n ◆当不考虑表面态： eΦss=Wm-X 当表面态的密度很高： eΦsB=Bg-eΦo -肖特基势垒高度与金属的Wm无关 Principle of Semiconductor Devices 2023/5/15 30
中国科学技术大学物理系微电子专业 2023/5/15 Monday 30 • 对金属/半导体接触势垒的小结: 仍以M/n-S, 势垒接触(Wm>Ws)为例: eΦSB =eVD+(Ec –EF )n ♦ 当不考虑表面态: eΦSB= Wm –χ ♦ 当表面态的密度很高: eΦSB=Eg – eΦ0 --肖特基势垒高度与金属的Wm无关. Principle of Semiconductor Devices