光伏工程師必須掌握的電池理論基礎(chǔ)
金屬半導(dǎo)體接觸
具有整流效應(yīng)的金屬半導(dǎo)體接觸叫做肖特基接觸,以此為基礎(chǔ)制成的二極管稱為肖特基二極管。
沒有整流效應(yīng)的金屬半導(dǎo)體接觸叫做歐姆接觸。
在一定范圍內(nèi),半導(dǎo)體的電阻隨溫度的升高而降低,金屬導(dǎo)體的電阻隨溫度的升高而升高。由于電流通過后要產(chǎn)熱,兩個(gè)按一定比例串聯(lián)接入電路后,剛好互補(bǔ),從而使電阻不隨溫度的變化而變化。歐姆接觸時(shí),接觸面的電阻值遠(yuǎn)小于半導(dǎo)體本身的電阻,大部分的電壓降在于活動區(qū)而不在接觸面。即歐姆接觸不會形成附加的阻抗,不會影響半導(dǎo)體中的平衡載流子濃度。
一般的本征半導(dǎo)體和金屬接觸產(chǎn)生肖特基勢壘,如果半導(dǎo)體有很高的摻雜濃度,則接觸近似為歐姆接觸。
用E0表示真空中金屬表面外靜止電子的能量,那么,一個(gè)電子要從金屬躍遷到體外所需的最小能量為
Wm=E0 - Efm
稱為金屬的功函數(shù)或逸出功。(由費(fèi)米能級的意義可知,能量小于費(fèi)米能級的量子態(tài)被電子占據(jù)的概率是很高的,大部分電子處于費(fèi)米能級以下)
同樣的,對于半導(dǎo)體材料,半導(dǎo)體 的功函數(shù)就是E0和費(fèi)米能級Efs之差,即
Ws=E0 - Efs
當(dāng)金屬和n型半導(dǎo)體材料接觸時(shí),如果金屬的功函數(shù)大于半導(dǎo)體的功函數(shù),那么金屬的費(fèi)米能級就低于半導(dǎo)體的費(fèi)米能級,而且兩者的費(fèi)米能級之差就等于功函數(shù)之差,即
Efs - Efm = Wm-Ws
接觸后,雖然金屬的電子濃度要大于半導(dǎo)體的電子濃度,但由于金屬的費(fèi)米能級低于半導(dǎo)體的費(fèi)米能級,導(dǎo)致半導(dǎo)體中的電子流向金屬。(類似于電子由n流向p)
理論上講,要形成歐姆接觸,金屬的功函數(shù)必須小于n型半導(dǎo)體功函數(shù),即n型半導(dǎo)體的費(fèi)米能級小于金屬費(fèi)米能級。但除了金屬的功函數(shù)外,還有其他因素影響歐姆接觸的形成,其中最重要的是表面態(tài)。當(dāng)半導(dǎo)體具有高表面態(tài)密度時(shí),金屬功函數(shù)的影響甚至將不再重要(這也是Wm>W(wǎng)s時(shí),也可形成歐姆接觸的原因)。根據(jù)歐姆接觸的性質(zhì),實(shí)際工藝中,常用的歐姆接觸制備技術(shù)有:低勢壘接觸、高復(fù)合接觸和高摻雜接觸。
高摻雜接觸,是在半導(dǎo)體表面摻入高濃度的施主或受主電學(xué)雜質(zhì),導(dǎo)致金屬半導(dǎo)體接觸的勢壘很。〒诫s使禁帶寬度變窄?)。在室溫下,電子通過隧道效應(yīng)產(chǎn)生隧道電流,從而不能阻擋電子的流動,接觸電阻很小,最終形成歐姆接觸。
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