1、教 案 课程名称： 半导体器件物理 授课教师 孟庆巨 所在单位 电子科学与工程学院 课程类型 课堂理论教学 授课时间 06年 4月 18日 第十七大节 授课对象 吉林大学电子科学与工程学院微电子、光电子、电子科学与技术专业本科 生(04 级) 教 材 孟庆巨 刘海波 孟庆辉著半导体器件物理 （科学技术出版社 2005 第 一版，2005年 6 月第二次印刷） 授课内容 4.1 肖特基势垒4.4 肖特基势垒二极管的电流电压特 性 教学内容提要 时间分配及备 注 肖特基势垒 界面态对势垒高度的影响 镜像力对势垒高度的影响 肖特基势垒二极管的电流电压特性 肖特基势垒 肖特基势垒的形成（根据热平衡时费
2、米能级恒定的观点解释） 画出热平衡和加偏压时MS接触的能带图 半 半 P M N M E E F M 半 半 P M N M E E F M MS结构的C-V特性及其应用 界面态对势垒高度的影响 镜像力对势垒高度影响（肖特基效应） ，导出公式（411） ， （4 12） ， （413） 15分钟 15分钟 5分钟 15分钟 25分钟 肖特基势垒二极管的电流电压特性 推导Richardson-Dushman方程 写出MS结中热离子发射电流和少子电流，比较二者的数量关 系。 结论： 本节介绍了MS接触中肖特基势垒的形成，介绍了界面态和镜 力对势垒高度影响，导出了MS结I-V特性（4-31） 5分钟
3、 教学目的 及要求 能够画出 M-S结能带图，了解 M-S整流接触的单向导电机理。 教学重点 与难点 重点：肖特基势垒的形成（根据热平衡时费米能级恒定的观点解释）画出热平衡和加偏压时MS接触的能带图 肖特基势垒二极管的电流电压特性 推导Richardson-Dushman方程 写出 MS 结中热离子发射电流和少子电流，比较二者的数量系 难点：界面态对势垒高度的影响 教学手段 课堂讲授+多媒体教学 参考资料 教学网站中提供的本章的参考文献 课后小结 4.1 小结 1. 金属半导体接触出现两个最重要的效应：整流效应和欧姆效 应。前者称为整流接触，又叫做整流结。后者称为欧姆接触，又叫做 非整流结。
4、2. 根据热平衡情况下理想金属与N型半导体接触的肖特基势垒能带 图，半导体表面空间电荷层自建电势为 s m = 0（4-1） 肖特基势垒高度为 s m b x q q = （4-2） n b V + = 0 （4-3） n b V + = 0 （4-3）其中 () d C T C n T F c n N N V n N l V q E E V ln = = = （4-4） 3.根据加偏压的的肖特基势垒能带图与单边突变PN结，正偏压下半 导体一边势垒的降低使得半导体中的电子更易于移向金属， 能够流过 大的电流。在反向偏压条件下，半导体一边势垒被提高。被提高的势 垒阻挡电子由半导体向金属渡越。流过
5、的电流很小。这说明肖特基势 垒具有单向导电性即整流特性。 4.由于金属中具有大量的电子，空间电荷区很薄，因此加偏压的的肖 特基势垒能带图中 b q 几乎不变。 5.解 Poisson方程可得肖特基势垒的空间电荷区宽度 () 2 1 0 0 2 + = d R qN V k W （4-5） 公式（4-5）与单边突变 PN 结空间电荷区宽度公式（2-23）相同。 9. 肖特基势垒结电容 () A V N qk W A k C R d 2 1 0 0 0 2 + = = （4-6） 或 () 0 2 0 2 2 1 + = R d V A N qk C（4-7） 与与单边突变 PN 结公式（2-76
6、） 、 （2-77）相同，可以由 2 1 C 与 R V 的 关系曲线求出自建电势和半导体的掺杂浓度。 4.3 小结 1.镜像力使理想肖特基势垒的电子能量下降， 也就是使肖特基势垒高 度下降。这种效应叫做肖特基效应。 2.作为一种近似把理想肖特基势垒半导体势垒区电子能量看做是线 性的： x q x E = ) ( 2（4-10） 3.根据总能量 () () x q x k q x E x E x E = + = 0 2 2 1 16 ) (（4-11） 和图 4.5c解释了肖特基效应。 4.肖特基势垒的降低值和总能量最大值发生的位置： 0 4 b q k =（4-13）0 16 m q x k =（4.12）
