光伏工程师必须掌握的电池理论基础

2013-04-16 16:15

　　金属半导体接触

　　具有整流效应的金属半导体接触叫做肖特基接触，以此为基础制成的二极管称为肖特基二极管。

　　没有整流效应的金属半导体接触叫做欧姆接触。

　　在一定范围内，半导体的电阻随温度的升高而降低，金属导体的电阻随温度的升高而升高。由于电流通过后要产热，两个按一定比例串联接入电路后，刚好互补，从而使电阻不随温度的变化而变化。欧姆接触时，接触面的电阻值远小于半导体本身的电阻，大部分的电压降在于活动区而不在接触面。即欧姆接触不会形成附加的阻抗，不会影响半导体中的平衡载流子浓度。

　　一般的本征半导体和金属接触产生肖特基势垒，如果半导体有很高的掺杂浓度，则接触近似为欧姆接触。

　　用E0表示真空中金属表面外静止电子的能量，那么，一个电子要从金属跃迁到体外所需的最小能量为

　　Wm=E0 - Efm

　　称为金属的功函数或逸出功。（由费米能级的意义可知，能量小于费米能级的量子态被电子占据的概率是很高的，大部分电子处于费米能级以下）

　　同样的，对于半导体材料，半导体的功函数就是E0和费米能级Efs之差，即

　　Ws=E0 - Efs

　　当金属和n型半导体材料接触时，如果金属的功函数大于半导体的功函数，那么金属的费米能级就低于半导体的费米能级，而且两者的费米能级之差就等于功函数之差，即

　　Efs - Efm = Wm-Ws

　　接触后，虽然金属的电子浓度要大于半导体的电子浓度，但由于金属的费米能级低于半导体的费米能级，导致半导体中的电子流向金属。（类似于电子由n流向p）

　　理论上讲，要形成欧姆接触，金属的功函数必须小于n型半导体功函数，即n型半导体的费米能级小于金属费米能级。但除了金属的功函数外，还有其他因素影响欧姆接触的形成，其中最重要的是表面态。当半导体具有高表面态密度时，金属功函数的影响甚至将不再重要（这也是Wm＞Ws时，也可形成欧姆接触的原因）。根据欧姆接触的性质，实际工艺中，常用的欧姆接触制备技术有：低势垒接触、高复合接触和高掺杂接触。

　　高掺杂接触，是在半导体表面掺入高浓度的施主或受主电学杂质，导致金属半导体接触的势垒很薄（掺杂使禁带宽度变窄？）。在室温下，电子通过隧道效应产生隧道电流，从而不能阻挡电子的流动，接触电阻很小，最终形成欧姆接触。

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