本文格式為Word版，下載可任意編輯——半導體器件物理金屬第八章金屬/半導體接觸和MESFET

自從Lilienfeld和Heil在1930年提出場效應晶體管（FET）的概念起，直到20世紀50年代半導體材料工藝發展到一定水平后才做出了可以實際工作的器件。所謂場效應就是利用電場來調制材料的電導能力，從而實現器件功能。除了前面探討過的MOS、MNOS、MAOS、MFS等都屬于場效應器件外,還發展了結型場效應管(J-FET),肖特基勢壘柵場效應管（MESFET）等。本章從金屬與半導體接觸出發，探討MESFET的結構和工作原理。

8.1.肖特基勢壘和歐姆接觸8.1.1.肖特基勢壘

當金屬和半導體接觸時，由于金屬的功函數與半導體的功函數不同，在接觸的界面處存在接觸電勢差，就會形成勢壘，尋常稱為肖特基勢壘。下面以金屬與n型半導體接觸為例來探討肖特基勢壘的特性。

(1)理想狀況：假定接觸處的半導體表面不存在表面態，圖8.1(a)是金屬與半導體接觸前的能帶圖(非平衡條件下，其中qφm和qφ

S

分別為金屬和半導體的功

1

圖8.1

函數，qχ為半導體的電子親和（勢）能。功函數定義為將一個電子從Fermi能級移到材料外面（真空能級）所需要的能量，電子親和能是將一個電子從導帶底移到真空能級所需要的能量。

當金屬與半導體接觸時，由于費米能級有區別，電子要從Fermi能級較高的n型半導體一邊流向Fermi能級較低的金屬一邊，最終達到平衡，即兩者的Fermi能級相平，如圖8.1(b)所示。這時形成了金/半接觸的勢壘，該勢壘高度就是金屬一邊的電子要進入半導體必需戰勝的勢壘高度。由圖可見，在理想狀況下，勢壘高度應為金屬功函數和半導體電子親和能之差：qφ

Bn=qφm-qχ(8.1.1)

n型半導體的內建電勢差Vbi為（也等于兩邊費米能級之差）：

Vbi=φm-φS(8.1.2)

令n型半導體的Fermi勢為ψF，則金/半接觸勢壘高度與半導體自建電壓的關系為:qφ

Bn=qVbi+（Eg/2-qψF）(8.1.3)

由于n型金屬一邊的電子流向金屬，因此半導體一邊將帶正電，金屬一邊將有負的表面電荷。形成的表面電場的方向是從半導體一邊指向外邊（指向金屬），相當于半導體表面勢為負，半導體電勢能從表面向內減小,半導體表面能帶向上彎曲。這種金/半接觸形成的結與P+-N結的狀況很相像。半導體表面勢壘區的寬度主要決定于n型半導體的摻雜濃度，這是由于根據電中性條件半導體中所帶的正電荷與金屬中的負電荷相等，而半導體中正的施主電離雜質濃度遠小于金屬中電子的濃度，由qAWmn=qAWND知，Wmqφ0，這時體內有一部分電子會去填充表面能級，使表面能級的電子填充水平高于qφ0，因此表面帶負電，而靠半導體內部的一層因少掉電子而帶正電。這樣，在熱平衡時EFn與qφ0近似相平，在半導體表面一薄層內就形成一個空間電荷區，即勢壘區，表面電場的方向是從半導體內部指向表面，而能帶正好相反，即表面能帶上彎。如圖8.4所示：

?界面層的影響:

在制備半導體表面時，不可避免會形成很薄的氧化層或有些雜質沾污，它們夾在金屬/