物理百科知识点-肖特基势垒讲解

生活中，知识是无处不在的，知识不只是存在于书本之中。生活中的知识有很多，比如物理知识，化学知识等等，但是绝大多数我们都不知道，我们需要拓宽我们的视野。今天小编就给大家带来物理百科知识点-肖特基势垒讲解。

肖特基势垒是指具有整流特性的金属-半导体接触，就如同二极管具有整流特性。是金属-半导体边界上形成的具有整流作用的区域。

基本概念

肖特基势垒是指具有整流特性的金属-半导体接触，就如同二极管具有整流特性。是金属-半导体边界上形成的具有整流作用的区域。

金属与n型半导体形成的肖特基势垒如图1所示。金属—半导体作为一个整体在热平衡时有同样费米能级。肖特基势垒相较于PN界面最大的区别在于具有较低的界面电压，以及在金属端具有相当薄的(几乎不存在)空乏区宽度。由半导体到金属，电子需要克服势垒;而由金属向半导体，电子受势垒阻挡。在加正向偏置时半导体一侧的势垒下降;相反，在加反向偏置时，半导体一侧势垒增高。使得金属-半导体接触具有整流作用(但不是一切金属—半导体接触均如此)。如果对于P型半导体,金属的功函数大于半导体的功函数，对于N型半导体，金属的功函数小于半导体的功函数，以及半导体杂质浓度不小于10^19/立方厘米数量级时会出现欧姆接触，它会因杂质浓度高而发生隧道效应，以致势垒不起整流作用。并非所有的金属-半导体接面都是具有整流特性的，不具有整流特性的金属-半导体接面则称为欧姆接触。整流属性决定于金属的功函、固有半导体的能隙，以及半导体的掺杂类型及浓度。在设计半导体器件时需要对肖特基效应相当熟悉，以确保不会在需要欧姆接触的地方意外地产生肖特基势垒。当半导体均匀掺杂时肖特基势垒的空间电荷层宽度和单边突变P-N结的耗尽层宽度相一致。

优点

由于肖特基势垒具有较低的界面电压，可被应用在某器件需要近似于一个理想二极管的地方。在电路设计中，它们也同时与一般的二极管及晶体管一起使用, 其主要的功能是利用其较低的界面电压来保护电路上的其它器件。

然而，自始至终肖特基器件相较于其它半导体器件来说能被应用的领域并不广。

器件

肖特基二极管，肖特基势垒自身作为器件即为肖特基二极管。

肖特基势垒碳纳米管场效应晶体管FET：金属和碳纳米管之间的接触并不理想所以层错导致肖特基势垒，所以我们可以使用这一势垒来制作肖特基二极管或者晶体管等等。

实际使用

(1)价带电子;

(2)自由电子或空穴(free carrier);

(3)存在于杂质能级上的电子。

太阳电池可利用的电子主要是价带电子。由价带电子得到光的能量跃迁到导带的过程决定的光的吸收称为本征或固有吸收。

太阳电池能量转换的基础是结的光生伏特效应。当光照射到pn结上时，产生电子一空穴对，在半导体内部结附近生成的载流子没有被复合而到达空间电荷区，受内建电场的吸引，电子流入n区，空穴流入p区，结果使n区储存了过剩的电子，p区有过剩的空穴。它们在pn结附近形成与势垒方向相反的光生电场。光生电场除了部分抵消势垒电场的作用外，还使p区带正电，n区带负电，在n区和p区之间的薄层就产生电动势，这就是光生伏特效应。此时，如果将外电路短路，则外电路中就有与入射光能量成正比的光电流流过，这个电流称作短路电流，另一方面，若将pn结两端开路，则由于电子和空穴分别流入n区和p区，使n区的费米能级比p区的费米能级高，在这两个费米能级之间就产生了电位差voc。可以测得这个值，并称为开路电压。由于此时结处于正向偏置，因此，上述短路光电流和二极管的正向电流相等，并由此可以决定voc的值。太阳电池的能量转换过程

太阳电池是将太阳能直接转换成电能的器件。它的基本构造是由半导体的pn结组成。此外，异质结、肖特基势垒等也可以得到较好的光电转换效率。本节以最普通的硅pn结太阳电池为例，详细地观察光能转换成电能的情况。

首先研究使太阳电池工作时，在外部观测到的特性。当太阳光照射到这个太阳电池上时，将有和暗电流方向相反的光电流iph流过。

当给太阳电池连结负载r，并用太阳光照射时，则负载上的电流im和电压vm将由图中有光照时的电流一电压特性曲线与v=-ir表示的直线的交点来确定。此时负载上有pout=ri2m的*gong*率消耗，它清楚地表明正在进行着光电能量的转换。通过调整负载的大小，可以在一个好的工作点上得到最大输出*gong*率。输出*gong*率(电能)与输入*gong*率(光能)之比称为太阳电池的能量转换效率。

下面我们把目光转到太阳电池的内部，详细研究能量转换过程。太阳电池由硅pn结构成，在表面及背面形成无整流特性的欧姆接触。并假设除负载电阻r外，电路中无其它电阻成分。当具有hν(ev)(hν>eg，eg为硅的禁带宽度)能量的光子照射在太阳电池上时，产生电子―空穴对。由于光子的能量比硅的禁带宽度大，因此电子被激发到比导带底还高的能级处。对于p型硅来说，少数载流子浓度np极小(一般小于105/cm)，导带的能级几乎都是空的，因此电子又马上落在导带底。这时电子及空穴将总的hν - eg(ev)的多余能量以声子(晶格振动)的形式传给晶格。落到导带底的电子有的向表面或结扩散，有的在半导体内部或表面复合而消失了。但有一部分到达结的载流子，受结处的内建电场加速而流入n型硅中。在n型硅中，由于电子是多数载流子，流入的电子按介电驰豫时间的顺序传播，同时为满足n型硅内的载流子电中性条件，与流入的电子相同数目的电子从连接n型硅的电极流出。这时，电子失去相当于空间电荷区的电位高度及导带底和费米能级之间电位差的能量。设负载电阻上每秒每立方厘米流入n个电子，则加在负载电阻上的电压v=qnr=ir表示。由于电路中无电源，电压v=ir实际加在太阳电池的结上，即结处于正向偏置。一旦结处于正向偏置时，二极管电流id=i0[exp(qv/nkt)-1]朝着与光激发产生的载流子形成的光电流iph相反的方向流动，因而流入负载电阻的电流值为

在负载电阻上，一个电子失去一个qv的能量，即等于光子能量hν转换成电能qv。流过负载电阻的电子到达p型硅表面电极处，在p型硅中成为过剩载流子，于是和被扫出来的空穴复合，形成光电流

以上，就是今天小编给大家带来的物理百科知识点-肖特基势垒讲解，希望能够帮助大家拓宽眼界，也希望大家平时能够多多了解相关知识。