金属半导体接触整流理论是描述金属和半导体之间形成的接触结构在外加电场作用下表现出整流效应的理论框架。这种接触通常被称为Schottky接触，其中金属与半导体之间形成了一个势垒，这个势垒相对于PN结二极管的势垒来说较低。整流效应是指在金属半导体接触中，当施加正向电场时，电流得以导通，而在反向电场下，电流受到阻碍。这种整流效应是由接触处的Schottky势垒形成的。

　　金属和N型半导体形成整流接触在零偏、正偏、反偏下的能带图，并说明在各种情况下的电流方向？

　　什么是镜像力？什么是隧道效应？它们对接触势垒高度及对IV特性有什么影响？

　　为什么一个正向导通的pn结二极管在关断之初会在一段时间内产生反向电流，而肖特基势垒二极管却几乎不会？（反向恢复对比）

　　整流特性，即允许电流在一个方向上流动而在另一个方向上阻塞或显著减少电流流动。

　　忽略表面态的影响，当W_mW_s，金属和N型半导体接触，会形成阻挡层势垒。此时金属和半导体接触处于平衡态时，没有净电流产生，处于动态平衡状态，具有统一的费米能级，如下图所示的金属和N型半导体接触形成的阻挡层。

　　若外加电压V作用在金属上，由于阻挡层是一个高阻区域，电压主要降落在阻挡层区域，半导体表面势将变为(V_s)_0+V，因此电子的势垒高度变为：

　　-q[(V_s)_0+V]\\由于阻挡层是个高电阻区域，外加电压主要降落在阻挡层上。金属一侧的势垒高度没有变化。

　　加上正向电压在n型阻挡层（金属一边为正）时，半导体一边的电子势垒高度降低，势垒宽度减薄，多子电子从半导体流向金属的数目变多，因此从金属流向半导体的正向电流变大，且随电压增加而变得越大。

　　加上反向电压在n型阻挡层（金属一边为负）时，半导体一边的电子势垒高度增加，势垒宽度增大，半导体到金属的电子数目减少，相反金属到半导体的电子流占优势，形成由半导体到金属的反向电流。进一步增加反向电压，金属到半导体的势垒高，反向电流小，且与外加电压无关，随电压增加而饱和。

　　对p型阻挡层，(V_s)_00，金属负偏，形成从半导体向金属的正向电流；金属正偏，形成反向电流。

　　不论电子阻挡层，还是空穴阻挡层，正向电流都是多数载流子从半导体流向金属。

　　金半整流特性与PN结区别（也可以理解为肖特基二极管和PN结二极管的对比）：

　　当金属与n型或p型半导体接触时，形成一个肖特基势垒。它主要依赖于金属和半导体之间的能带结构差异来形成整流特性；而PN结二极管，由p型和n型半导体材料接合而成，中间形成PN结。整流特性源于PN结内部的内建电场，该电场有助于在正向偏置下促进电荷载流子的流动，而在反向偏置时阻碍电流流动。

　　两种器件的输运机制不同：肖特基二极管-多子通过热电子发射跃过内建电势差，pn结二极管-少子扩散运动。

　　肖特基二极管的反向漏电流对温度更敏感，随着温度的升高，反向漏电流会显著增加。另外常温下肖特基二极管的理想反向饱和电流值比pn结大好几个数量级。

　　肖特基二极管的势垒高度通常低于PN结二极管的势垒高度，这意味着肖特基二极管在较低的正向电压下就可以导通。

　　肖特基二极管是多子导电器件，其正偏时不产生扩散电容——适合做高频器件；正偏转向反偏时，也不存在少子的存储效应——适合快速开关器件。由于肖特基二极管没有PN结中的少数载流子存储问题，它们通常具有更快的开关速度和较低的正向电压降，使其适用于高频和低电压降应用。PN结二极管相对而言，开关速度较慢，但在高电压应用中表现更好，尤其是在需要较高反向击穿电压的场合。

　　肖特基势垒二极管的饱和电流远高于具有同样面积的PN结二极管的饱和电流。

　　答：肖特基二极管是由金属和半导体形成的结构，其中金属和半导体之间形成了Schottky势垒。与PN结二极管相比，肖特基二极管在反向偏置时没有少数载流子注入，其反向漏电流主要是通过热发射机制产生的。热发射电流的大小与势垒高度和温度密切相关。

　　在肖特基二极管中，随着温度的升高，金属和半导体之间的Schottky势垒会减小，这导致热发射电流增加。具体来说，随着温度升高，金属和半导体的载流子激发能级会上移，使得更多的载流子能够越过势垒，从而增加反向漏电流。这种温度效应使得肖特基二极管的反向漏电流对温度更加敏感。

　　相比之下，PN结二极管的反向漏电流主要是由于少数载流子的扩散漂移而产生，与温度的变化关系较小。因为少数载流子注入的影响比较大，与温度相关的载流子浓度变化对反向漏电流的影响相对较小。

　　肖特基二极管的金属-半导体接触形成的Schottky势垒通常比PN结的势垒高度低。由于势垒高度与反向漏电流之间存在指数关系（Shockley理论），势垒高度较低会导致更大的反向漏电流。

　　肖特基二极管在反向偏置时没有少数载流子注入，与PN结二极管不同。在PN结中，反向偏置会引起少数载流子的漂移扩散，但肖特基二极管中没有这一机制。因此，肖特基二极管的反向漏电流主要通过热发射产生，这可以导致较大的漏电流。

　　在PN结中，少数载流子的速度受限于迁移率等因素，而在肖特基二极管中，金属中的自由电子速度相对较大，有助于更快地越过势垒。

　　因为pn结二极管存在电荷存储效应。pn结正向导通时，由p区注人n区的空穴，由n区注人区的电子都是少数载流子，先形成一定的积累，靠扩散运动形成电流，这种注人的非平衡载流子的积累称为电荷存储效应。而金属和n型半导体接触形成的肖特基势垒二极管，正向导通时，从半导体中越过界面进入金属的电子直接形成漂移电流不发生积累。因此，pn结二极管在关断之初会在一段时间内产生反向电流，而肖特基势二极管却几乎不会。

　　扩散电容是指pn结加正向偏压时，由于少数载流子的注入，在扩散区内有一定数量的少数载流子和等量的多数载流子的积累，浓度随正向偏压的变化而变化，从而形成了扩散电容。而肖特基势垒二极管的正向电流主要是由半导体中的多数载流子进入金属形成的，是多数载流子器件，并不存在少数载流子的积累，也就不存在扩散电容。

　　对于n型阻挡层，当势垒宽度比电子的平均自由程大得多，即d\gg l_n时，电子通过势垒区将发生多次碰撞－厚阻挡层。扩散理论适用于厚阻挡层。

　　势垒区中存在电场，有电势的变化，导致载流子浓度的不均匀。计算通过厚阻挡层势垒的电流时，必须同时考虑漂移和扩散运动。

　　利用泊松方程，可以得到金半接触的势垒区电场、电势分布与势垒宽度、势垒电容

　　对于金属和N型半导体形成阻挡层接触，若有外加电压为V，则上式中的势垒区宽度V_D变为V_D-V。若正向偏置，则势垒区宽度变窄；若反向偏置，则势垒区变宽。

　　扩散理论适用于势垒宽度电子平均自由程——即小迁移率半导体，如氧化亚铜。

　　较高迁移率，较大的平均自由程（Ge、Si、GaAs），电流输运机构以多子热发射为主。

　　当n型阻挡层很薄时，即电子的平均自由程大于势垒宽度。扩散理论不再适合了。电子通过势垒区的碰撞可以忽略。

　　起决定作用的是势垒的高度，而不是形状。当电子动能势垒顶部时，电子可以自由越过势垒进入另一边。电流的计算即求越过势垒的载流子数目，这就是热电子发射理论。

　　非简并半导体的n型阻挡层为例，设qV_D \gg kT，通过势垒交换的电子很少，体内的电子浓度视为常数，与电流无关。

　　电子从金属到半导体所面临的势垒高度不随外加电压变化。从金属到半导体的电子流所形成的电流密度J _{m\rightarrow s}是个常量，它应与热平衡条件下，即V=0时的J _{s\rightarrow m}大小相等，方向相反。因此

　　Ge、Si、GaAs都有较高的载流子迁移率，即有较大的平均白由程，因而在室温下，这些半导体材料的肖特基势垒中的电流输运机构，主要是多数载流子的热电子发射。

　　金属接触和表面态导致阻挡层的形成，扩散理论和热电子发射理论解释了其整流特性。但实际发现：高阻方向电流随电压的增加更显著，低阻方向电流的增加没有理论预测的陡峭。

　　在金属－真空系统中，一个在金属外面的电子，要在金属表面感应出正电荷，电子也受到感应的正电荷的吸引。

　　如负电荷距离金属表面为x，则它与感应出的金属表面的正电荷之间的吸引力，相当于在-x处有个等量的正电荷之间的作用力，即镜像力，这个电荷即为镜像电荷。

　　电势能在x_m处出现极大值，这个极大值发生在作用于电子上的镜象力和电场力相平衡的地方，即

　　能量低于势垒顶的电子有一定概率穿过势垒，穿透的概率与电子能量和势垒厚度有关。

　　利用金属－半导体整流接触特性制成的二极管，肖特基势垒二极管的正向电流，主要是由半导体中的多数载流子进入金属形成的，此二极管将有较低的正向导通电压，且有更好的高频特性。

　　就载流子的运动形式而言，pn结正向导通时，由p区注入n区的空穴或由n区注入p区的电子，都是少数载流子，它们先形成一定的积累，然后靠扩散运动形成电流。这种注入的非平衡载流子的积累称为电荷存储效应，它严重地影响了pn结的高频性能。而肖特基势垒二极管的正向电流，主要是由半导体中的多数载流子进入金属形成的。它是多数载流子器件。例如对于金属和n型半导体的接触，正向导通时，从半导体中越过界面进入金属的电子并不发生积累，而是直接成为漂移电流而流走。因此，肖特基势垒二极管比pn结二极管有更好的高频特性。

　　其次，对于相同的势垒高度，肖特基二极管的J_{sD}或J_{sT}要比pn结的反向饱和电流J_s大得多。换言之，对于同样的使用电流，肖特基势垒二极管将有较低的正向导通电压，一般为0.3V左右。