《半导体物理学（第八版）》10 min 速通 金属与半导体的接触
快期末考试了，杜老师说这些 比较重要，我就简单 画了下图。还有两周（17周考试）
7.1 金属与半导体的接触及其能带图
7.1.1 金属和半导体的功函数
- 金属功函数：是指起始能量等于费米能级的电子，由金属内部逸出到真空中所需要的最小能量。它的大小与金属的原子序数和表面状况有关。
- 半导体功函数：是指真空能级与半导体费米能级之差。半导体的功函数与杂质浓度有关，因为杂质浓度会改变费米能级。
W m = E 0 + ( E F ) m W_{m}=E_{0}+(E_{F})_{m} Wm=E0+(EF)m
金属功函数的定义是E0和Ef的最小能量差
功函数的起始能量等于费米能级的电子，由金属内部溢出到真空中所需要的最小能量。
W s = E 0 + ( E F ) s W_{s}=E_{0}+(E_{F})_{s} Ws=E0+(EF)s
半导体功函数为E0和费米能级之差，类似于金属。
7.1.2 接触电势差
当金属与半导体接触时，由于两者功函数的不同，会在接触界面处形成一个电势差，即接触电势差。这种电势差会导致电子从功函数较小的一方流向功函数较大的一方，直到达到动态平衡。接触电势差的大小取决于金属的功函数、半导体的电子亲和能以及两者的界面状态。
| ----- | n型 | p型 |
|---|---|---|
| Wm > Ws | 阻挡层 | 反阻挡层 |
| Wm < Ws | 反阻挡层 | 阻挡层 |
👾 形成N型、P型阻挡层的条件
7.1.3 表面态对接触势垒的影响
在金属与半导体接触时，表面态会对接触势垒产生重要影响。表面态是指在半导体表面存在的不饱和共价键，这些共价键会形成分立的能级或很窄的能带。当半导体表面存在大量表面态时，它们可以积累电荷并影响 能带弯曲【向上、向下】，从而改变接触势垒的高度和形状。在某些情况下，表面态密度很高时，可以放出足够多的电子，使得半导体势垒区不受影响，此时接触电势差主要降落在两个接触的金属和半导体表面之间。
7.2 金属半导体接触整流理论
金属与半导体的接触可能具有整流性质，即电流在正向和反向偏置下表现出不同的导电特性。这种整流性质主要基于阻挡层或反阻挡层的形成以及其中的载流子输运机制。
7.2.1 扩散理论
当金属与半导体接触形成的势垒宽度远大于电子的平均自由程时，电子在通过势垒区时会发生多次碰撞。这种情况下，扩散理论是适用的。根据扩散理论，载流子在通过势垒区时分为扩散和漂移两种运动方式。在计算势垒电流时，必须同时考虑这两种运动方式。
7.2.2 热电子发射理论
热电子发射理论是描述金属与半导体接触时电子从金属向半导体发射的过程。在高温或高电场条件下，金属中的电子可以获得足够的能量以克服势垒并进入半导体。这种过程对于理解金属与半导体接触的电流传输机制非常重要。
7.2.3 镜像力和隧道效应的影响
在金属与半导体接触时，还需要考虑镜像力和隧道效应的影响。镜像力是由于金属表面存在正电荷而对电子产生的吸引力，它会影响电子的逸出功和接触电势差。隧道效应则是指电子有一定概率直接穿过势垒而不需要越过势垒顶部，这也会影响接触的导电性质。
7.2.4 肖特基势垒二极管
肖特基势垒二极管是一种基于金属与半导体接触整流原理的电子器件。它具有低功耗、高开关速度等优点，并广泛应用于各种电子设备中。肖特基势垒二极管的工作原理就是利用了金属与半导体接触时形成的势垒以及载流子在势垒区的输运机制来实现对电流的整流作用。
7.3 少数载流子的注入与欧姆接触
在金属与半导体接触中，当接触电势差较小时，可以形成欧姆接触。欧姆接触是指金属与半导体之间的接触电阻很小，电流可以顺畅地通过接触界面而不会产生明显的压降或热量。为了实现欧姆接触，通常需要选择功函数相近的金属和半导体材料或者通过掺杂等技术手段来调整半导体的费米能级以匹配金属的功函数。此外，在某些情况下还可以通过注入少数载流子来降低接触电阻并实现更好的欧姆接触性能。注入少数载流子可以增加半导体中的载流子浓度并提高导电性能从而降低接触电阻；同时注入的载流子还可以填充半导体表面的陷阱态减少表面态对接触性能的影响。
P.S. ：最近在WSL上的NXP-imx8的Yocto终于可以编了（改了两天路径…）, 8个小时43%…复习去了
