半导体绝缘体的禁带宽度和金属功函数

半导体：(室温)

硅：1.12eV 锗：0.67eV 砷化镓：1.43eV 氧化锌:3.3 eV

绝缘体：

金刚石：6-7eV，

金属的功函数：

一些金属的功函数

单位:电子伏特,eV

金属功函数金属功函数金属功函数金属功函数金属功函数金属功函数Ag 4.26 Al 4.28 As 3.75 Au 5.1 B 4.45 Ba 2.7 Be 4.98 Bi 4.22 C 5 Ca 2.87 Cd 4.22 Ce 2.9 Co 5 Cr 4.5 Cs 2.14 Cu 4.65 Eu 2.5 Fe 4.5 Ga 4.2 Gd 3.1 Hf 3.9 Hg 4.49 In 4.12 Ir 5.27 K 2.3 La 3.5 Li 2.9 Lu 3.3 Mg 3.66 Mn 4.1 Mo 4.6 Na 2.75 Nb 4.3 Nd 3.2 Ni 5.15 Os 4.83 Pb 4.25 Pt 5.65 Rb 2.16 Re 4.96 Rh 4.98 Ru 4.71 Sb 4.55 Sc 3.5 Se 5.9 Si 4.85 Sm 2.7 Sn 4.42 Sr 2.59 Ta 4.25 Tb 3 Te 4.95 Th 3.4 Ti 4.33 Tl 3.84 U 3.63 V 4.3 W 4.55 Y 3.1 Zn 4.33

功函数总结解读

功函数:是体现电子传输能力的一个重要物理量,电子在深度为χ的势阱内,要使费米面上的电子逃离金属,至少使之获得W=X-E F的能量,W称为脱出功又称为功函数;脱出功越小,电子脱离金属越容易。另外,半导体的费米能级随掺杂和温度而改变,因此,半导体的功函数不是常数。 功函测量方法:光电子发射阈值法、开尔文探针法和热阴极发射阻挡电势法、热电子发射法、场发射法、光电子发射法以及电子束(或离子束减速电势(retarding potential法、扫描低能电子探针法等。 紫外光电谱(UPS测量功函数 1.测量所需仪器和条件 仪器:ESCALAB250多功能表面分析系统。 技术参数:基本真空为3×10-8Pa, UPS谱测量用Hel(21.22eV,样品加-3.5 V偏压;另外,测量前样品经Ar+离子溅射清洗, Ar+离子能量为2keV,束流密度为 0.5μA/mm2。运用此方法一般除ITO靶材外, 其它样品都是纯金属标样。 2.原理

功函数:φ=hv+ E Cutoff-E Fermi 3.测量误差标定 E Fermi标定:费米边微分 E Cutoff标定:一是取截止边的中点, 另一种是由截止边拟合的直线与基线的交点。 4.注意事项 测试样品与样品托(接地要接触良好,特别是所测试样的表面与样品托之间不能存在电阻。 用Fowler-Nordheim(F-N公式测定ITO功函数 1.器件制备 双边注入型单载流子器件ITO/TPD(NPB/Cu 原料:较高迁移率的空穴传输材料TPD和NPB作有机层,功函数较高且比较稳定的Cu作电极,形成了双边空穴注入的器件。 制备过程:IT0玻璃衬底经有机溶剂和去离子水超声清洗并烘干后,立即置于钟罩内抽真空,在1×10-3 Pa的真空下依次蒸镀有机层(TPD或NPB和金属电极Cu。

金属电子逸出功的测量与分析

金属逸出功的测量与分析 2009年10月11日 物理工程与技术学院 光信息科学与技术07级1班 实验人：乐广龙 07305939 参加人： 林 铭 07305938 【实验目的】 1， 了解费米狄拉克量子统计规律； 2， 理解热电子发射规律和掌握逸出功的测量方法； 3， 用理查逊直线法分析印记材料（钨）的电子逸出功。 【实验原理】 （1） 电子需要W o =W a -W f 才能逸出。 （2） 热发射电流密度2/e K T s J AT e ?-= （3） A.由于A 以及面积S 难以测量: 2 ln( )ln()s T e A S T K T ?=- 则2 ln( )s T T 与1T 为线性关系,利用此方法实验称理查逊直线法。 B.发射电流测量加入电场E α,电流作相应修正 : ' 4.39ln ln s s I I T =+ 在选定温度下 :' ln s I 由直线斜率可得零场发射电流s I C.温度测量由f T I 关系曲线得出。 【实验内容】 1， 按电路图连接电路，注意a U 与f U 勿连接错误； 2， 取灯丝电流f I 为0.600、0.625、0.650…0.775A ，求得灯丝温度； 3， 对应每灯丝电流f I ，测量阳极电压a U 分别为25、36、49、64、81、100、121及144V 对应阳极电流' s I ，阳极电压先粗调，再微调。

4， 作'ln s I ln s I ； 5， 作2 1ln( )s T T T 图，拟合出逸出功与实验误差。 【实验结果与分析】 表1 灯丝温度 2， 对应阳极电流以及求'ln s I 有下表（原始数据见预习报告）： 表2阳极电流以及lg s I 、s I 3， 作' ln s I 1~8：

常见金属的功函数,具体出处忘了,仅供参考

常见金属的功函数集中，以备查询 Metal Work Function （eV） 银Ag (silver) 4.26 铝Al (aluminum) 4.28 金Au (gold) 5.1 铯Cs (cesium) 2.14 铜Cu (copper) 4.65 锂Li (lithium) 2.9 铅Pb (lead) 4.25 锡Sn (tin) 4.42 铬Cr (Chromium) 4.6 钼Mo(Molybdenum) 4.37 钨Tungsten 4.5 镍Nickel 4.6 钛Titanium 4.33 铍Beryllium 5.0 镉Cadmium 4.07 钙Calcium 2.9 碳Carbon 4.81 钴Cobalt 5.0 钯Pd(Palladium) 5.12 铁Iron 4.5 镁Magnesium 3.68 汞Mercury 4.5 鈮Niobium 4.3 钾Potassium 2.3 铂Platinum 5.65 硒Selenium 5.11 钠Sodium 2.28 铀Uranium 3.6 锌Zinc 4.3 Notes: Source: various (listed in my dissertation). The actual work function is VERY dependent (usually) several factors including morphology, preparation, gas on surface, oxidation... Aluminum is a strange one... Once exposed to atmosphere the surface oxidizes and the effective work function increases to values of 10 or 11 !!!! Most common metals can be roughly assumed to have a work function of ~4.5

金属、半导体和绝缘体能带结构区别

金属、半导体和绝缘体的能带结构区别本论文从能带的形成过程和电流的产生机理两方面来说明金属、半导体和绝缘体的能带结构区别。 1.能带（Energy Band）的形成过程 当孤立的原子结合在一起形成固体时，相邻的原子之间会产生各种交互作用，原子之间的排斥力和吸引力最后在一定的原子间距达到平衡． 由量子力学可知，晶体中相同原子孤立存在时，各自的电子波函数没有相互作用，因而各原子可以有完全相同的电子能级结构。当相同原子相互接近时，其电子波函数便开始重迭．根据量子力学的泡利不相容原理，在一个系统中，不允许有两个电子具有相同的量子状态，因而孤立原子的能级必然产生分裂，这些新产生的分裂能级不再是某个原于所独有，而是属于原子共有。在固体中，大量原子结合在一起，相互极为接近的大量分裂能级最终成为一个连续的能带。 量子力学计算表明，晶体中若有N个原子，由于各原子间的相互作用，对应于原来孤立原子的每一个能级,在晶体中就变成了N条靠得很近的能级,称为能带。如图1所示：

图1 能带的宽度记作?E ，数量级为 ?E ～eV 。若N~1023,则能带中两能级的间距约10-23eV 。 能带的一般规律：越是外层电子，能带越宽，?E 越大； 点阵间距越小，能带越宽，?E 越大； 两个能带有可能重叠。如图2所示： 图 2

2.电流产生机理 电流的产生要求电子能够在电场的作用下加速移动至新的能量状态，即要求在电子现有能量状态附近必须有空能级。举例来说，如果一个能带中只有很少几个电子，而有大半的能态是空的，则电子很容易在能带中由这个能态运动到另一个能态，从而发生电荷的迁移，产生导电行为。 对于金属、绝缘体和半导体来说，因其导电性不同，所以其能带结构也不相同。在绝缘体结构中0K时“价带”已被全部占据，导带是全空的，因而价带中的电子于无法进行电荷运输，因为价带中没有空能级。导带中虽有空能级但无电子，因而也不可能进行电荷运输；半导体的电子能带结构与绝缘体相仿，但其禁带宽比绝缘体小得多．例如Si为1.1eV，而金刚石为5eV。这一较小的禁带宽度使价带中的电子能较容易地在热或光的作用下激发到高能带即导带中而起导电作用；金属的能带结构又不同，能带或是重叠，或是半填满。固而在一个能带内总是既有电子又有空能态，电子在电场作用下便能自曲地运动，从而导致很高的导电性。如图3所示：

常用金属的电阻率

常见金属的电阻率，都来看看哦 很多人对镀金，镀银有误解，或者是不清楚镀金的作用，现在来澄清下。。。 1。镀金并不是为了减小电阻，而是因为金的化学性质非常稳定，不容易氧化，接头上镀金是为了防止接触不良（不是因为金的导电能力比铜好）。 2。众所周知，银的电阻率最小，在所有金属中，它的导电能力是最好的。 3。不要以为镀金或镀银的板子就好，良好的电路设计和PCB的设计，比镀金或镀银对电路性能的影响更大。 4。导电能力银好于铜，铜好于金！ 现在贴上常见金属的电阻率及其温度系数： 物质温度t/℃电阻率（-6Ω.cm）电阻温度系数aR/℃-1 银20 1.586 0.0038(20℃) 铜20 1.678 0.00393(20℃) 金20 2.40 0.00324(20℃) 铝20 2.6548 0.00429(20℃) 钙0 3.91 0.00416(0℃) 铍20 4.0 0.025(20℃) 镁20 4.45 0.0165(20℃) 钼0 5.2 铱20 5.3 0.003925(0℃~100℃) 钨27 5.65 锌20 5.196 0.00419(0℃~100℃) 钴20 6.64 0.00604(0℃~100℃) 镍20 6.84 0.0069(0℃~100℃) 镉0 6.83 0.0042(0℃~100℃) 铟20 8.37 铁20 9.71 0.00651(20℃) 铂20 10.6 0.00374(0℃~60℃) 锡0 11.0 0.0047(0℃~100℃) 铷20 12.5 铬0 12.9 0.003(0℃~100℃) 镓20 17.4 铊0 18.0 铯20 20 铅20 20.684 (0.0037620℃~40℃) 锑0 39.0 钛20 42.0 汞50 98.4 锰23~100 185.0 常见金属功函数 银Ag (silver) 4.26 铝Al (aluminum) 4.28 金Au (gold) 5.1

金属及合金表面功函数研究

PLEASE SCROLL DOWN FOR ARTICLE This article was downloaded by: [Su, H. L.] On: 14 March 2011 Access details: Access Details: [subscription number 934653370] Publisher Taylor & Francis Informa Ltd Registered in England and Wales Registered Number: 1072954 Registered office: Mortimer House, 37- 41 Mortimer Street, London W1T 3JH, UK Philosophical Magazine Letters Publication details, including instructions for authors and subscription information: https://www.wendangku.net/doc/324167928.html,/smpp/title~content=t713695410 Changes of hardness and electronic work function of Zr 41.2Ti 13.8Cu 12.5Ni 10Be 22.5 bulk metallic glass on annealing K. Luo a ; W. Li a ; H. Y. Zhang a ; H. L. Su a a Faculty of Material and Photoelectronic Physics, Key Laboratory of Low Dimensional Materials & Application Technology (Ministry of Education), Xiangtan University, Hunan, Xiangtan 411105, PR China First published on: 02 February 2011 To cite this Article Luo, K. , Li, W. , Zhang, H. Y. and Su, H. L.(2011) 'Changes of hardness and electronic work function of Zr 41.2Ti 13.8Cu 12.5Ni 10Be 22.5 bulk metallic glass on annealing', Philosophical Magazine Letters, 91: 4, 237 — 245, First published on: 02 February 2011 (iFirst) To link to this Article: DOI: 10.1080/09500839.2010.539989 URL: https://www.wendangku.net/doc/324167928.html,/10.1080/09500839.2010.539989 Full terms and conditions of use: https://www.wendangku.net/doc/324167928.html,/terms-and-conditions-of-access.pdf This article may be used for research, teaching and private study purposes. Any substantial or systematic reproduction, re-distribution, re-selling, loan or sub-licensing, systematic supply or distribution in any form to anyone is expressly forbidden. The publisher does not give any warranty express or implied or make any representation that the contents will be complete or accurate or up to date. The accuracy of any instructions, formulae and drug doses should be independently verified with primary sources. The publisher shall not be liable for any loss,actions, claims, proceedings, demand or costs or damages whatsoever or howsoever caused arising directly or indirectly in connection with or arising out of the use of this material.

功函数

什么是功函数？ 把一个电子从固体内部刚刚移到此物体表面所需的最少的能量。功函数的大小通常大概是金属自由原子电离能的二分之一。同样地将真空中静止电子的能量与半导体费米能级的能量之差定义为半导体的功函数 单位:电子伏特,eV 功函数的分类： 一般情况下功函数指的是金属的功函数，非金属固体很少会用到功函数的定义。 首先功函数与金属的费米能级是密切关联的，但也并不完全相等。这是由于固体自身所具有的表面效应，原包中靠近表面的电荷分布与理想的无限延伸重复排列的布拉菲格子固体想必严重扭曲。 我们在定义中将功函数理解为从固体中将电子移到表面所需要的最小能量。在电子工程里面功函数对设“计肖特基二极”管或“发光二极管”中“金属-半导体”结以及“真空管”也就显得非常重要。 一般将功函数按照电子能量的来源，或者说是电子受激发的方式将功函数分为“热功函数”和“光电功函数”。 当电子从热能中吸收能量，激发到达表面我们称之为热功函数。 当电子从光子中吸收能量，激发到达表面时我们称之为光电功函数。 功函数的作用： 1）当金属与半导体接触，金属与半导体之间功函数差相对很小时（同时半导体有高浓度的杂质），也就是说接触面势垒很窄的情况下，形成欧姆接触。 2）当半导体与金属功函数相差较多，形成势垒，在金半接触面形成势垒结，形成肖特基二极管（也叫做整流二极管）的结构基础。 3）金半接触金属电子激发到达半导体晶体，激发半导体可发出各种可见光，根据此原理可以制成各种发光二极管，而这里面的激发原理也是与功函数分不开的。 4）在mos晶体管中调节阈值电压，也就是说若要改变mos晶体管的阈值电压，可以通过改变栅极金半功函数实现。 功函数的设计：

功函数基本概念

《负电子亲和势光电阴极及应用》贾欣志编著. ——北京：国防工业出版社，2013.5 第二章功函数与电子亲和势P20 固体物理中，功函数定义为将一个电子从固体中移到紧贴固体表面外一点所需的最小能量（或者从费米能级将一个电子移动到真空所需的能量）。 与功函数定义类似，半导体电子亲和势定义为将一个电子从导带底移到固体表面真空能级所需的最小能量。 固体的电子亲和势一般是正值，它是一个电子势垒，防止电子逸出体外。 功函数的测试方法 1开尔文探针方法 2交流阻滞场方法 3 紫外光电发射能谱（UPS）法 4 扫描隧道显微镜测试法 功函数的基本概念 1. 什么是功函数 把一个电子从固体内部刚刚移到此物体表面所需的最少的能量。功函数的大小通常大概是金属自由原子电离能的二分之一。同样地将真空中静止电子的能量与半导体费米能级的能量之差定义为半导体的功函数。功函数的单位:电子伏特,eV

（功函数结构示意图。参考：M.S.Xue et al.，Physica B 406 (2011) 4240--4244）功函数(work function)又称功函、逸出功，在固体物理中被定义成：把一个电子从固体内部刚刚移到此物体表面所需的最少的能量。 真空能级：电子达到该能级时完全自由而不受核的作用。 功函数：真空能级与费米能级之差。 2. 功函数的分类 一般情况下功函数指的是金属的功函数，非金属固体很少会用到功函数的定义，而是用接触势来表达。 功函数与金属的费米能级密切关联，但并不完全相等。这是由于固体自身具有表面效应，原包中靠近表面的电荷分布与理想的无限延伸重复排列的布拉菲格子固体想必严重扭曲。 一般将功函数按照电子能量的来源，或者说是电子受激发的方式将功函数分为“热功函数”和“光电功函数”。 （1）当电子从热能中吸收能量，激发到达表面我们称之为热功函数。 （2）当电子从光子中吸收能量，激发到达表面时我们称之为光电功函数。 3. 功函数的作用 （1）当金属与半导体接触，金属与半导体之间功函数差相对很小时（同时半导体有高浓度的杂质），也就是说接触面势垒很窄的情况下，形成欧姆接触。 （2）当半导体与金属功函数相差较多，形成势垒，在金半接触面形成势垒结，形成肖特基二极管（也叫做整流二极管）的结构基础。

金属、半导体和绝缘体能带结构区别

金属、半导体与绝缘体得能带结构区别本论文从能带得形成过程与电流得产生机理两方面来说明金属、半导体与绝缘体得能带结构区别。 1、能带（Energy Band）得形成过程 当孤立得原子结合在一起形成固体时，相邻得原子之间会产生各种交互作用，原子之间得排斥力与吸引力最后在一定得原子间距达到平衡． 由量子力学可知，晶体中相同原子孤立存在时，各自得电子波函数没有相互作用，因而各原子可以有完全相同得电子能级结构。当相同原子相互接近时，其电子波函数便开始重迭．根据量子力学得泡利不相容原理，在一个系统中，不允许有两个电子具有相同得量子状态，因而孤立原子得能级必然产生分裂，这些新产生得分裂能级不再就是某个原于所独有，而就是属于原子共有。在固体中，大量原子结合在一起，相互极为接近得大量分裂能级最终成为一个连续得能带。 量子力学计算表明，晶体中若有N个原子，由于各原子间得相互作用，对应于原来孤立原子得每一个能级,在晶体中就变成了N条靠得很近得能级,称为能带。如图1所示：

图1 能带得宽度记作?E ，数量级为?E～eV。若N~1023,则能带中两能级得间距约10-23eV。 能带得一般规律：越就是外层电子，能带越宽，?E越大；点阵间距越小，能带越宽，?E越大；两个能带有可能重叠。如图2所示： 图2 2、电流产生机理 电流得产生要求电子能够在电场得作用下加速移动至新得能量状态，即要求在电子现有能量状态附近必须有空能级。举例来说，如果一个能带中只有很少几个电子，而有大半得能态就是空得，则电子很容易在能带中由这个能态运动到另一个能态，从而发生电荷得迁移，产生导电行为。 对于金属、绝缘体与半导体来说，因其导电性不同，所以其能带结构也不相同。在绝缘体结构中0K时“价带”已被全部占据，

功函数总结

功函数：是体现电子传输能力的一个重要物理量，电子在深度为χ的势阱内，要使费米面上的电子逃离金属，至少使之获得W=X－E F的能量，W称为脱出功又称为功函数；脱出功越小，电子脱离金属越容易。另外，半导体的费米能级随掺杂和温度而改变，因此，半导体的功函数不是常数。 功函测量方法：光电子发射阈值法、开尔文探针法和热阴极发射阻挡电势法、热电子发射法、场发射法、光电子发射法以及电子束(或离子束)减速电势(retarding potential)法、扫描低能电子探针法等。 紫外光电谱（UPS）测量功函数 1.测量所需仪器和条件 仪器：ESCALAB250多功能表面分析系统。 技术参数：基本真空为3×10-8Pa, UPS谱测量用Hel(21.22eV),样品加-3.5 V偏压；另外，测量前样品经Ar+离子溅射清洗, Ar+离子能量为2keV,束流密度为0.5μA/mm2。运用此方法一般除ITO靶材外, 其它样品都是纯金属标样。 2.原理 功函数：φ=hv+ E Cutoff-E Fermi 3.测量误差标定 E Fermi标定：费米边微分 E Cutoff标定：一是取截止边的中点, 另一种是由截止边拟合的直线与基线的交点。 4.注意事项 测试样品与样品托(接地)要接触良好，特别是所测试样的表面与样品托之间不能存在电阻。 用Fowler-Nordheim(F-N)公式测定ITO功函数 1.器件制备 双边注入型单载流子器件ITO／TPD(NPB)／Cu 原料：较高迁移率的空穴传输材料TPD和NPB作有机层，功函数较高且比较稳定的Cu作电极，形成了双边空穴注入的器件。

制备过程：IT0玻璃衬底经有机溶剂和去离子水超声清洗并烘干后，立即置于钟罩内抽真空，在1×10-3 Pa的真空下依次蒸镀有机层(TPD或NPB)和金属电极Cu。 2.功函测量方法 运用Fowle~Nordheim(F-N)公式变换，消除了载流子有效质量和器件厚度因素的影响，提高了测量的精度，可以简单准确地测定了ITO的功函数。 其中TPD和NPB的电离势IP值分别为5.37eV、5.46 eV。 α：ln(J／V2)-1/V的关系图，然后用直线模拟出了高场下的线性关系，α代表直线的斜率。 3.ITO功函测量值 测得值分别为4.85 eV、4.88 eV；ITO薄膜表面功函数一般是4.5eV左右，如果功函数提高到5.0eV或者更大，那么可进一步提高空穴的注入率。 新型功函数测量系统 1.1测量方法 采用接触势差法 1.2系统组成及原理 系统组成：信号发生单元、振动单元和检测单元组成。 工作原理：信号发生单元输出低频正弦信号使参比电极振动, 调节振动单元偏压使检测单元输出信号为零, 通过计算加载偏压和标准参比电极的偏差可得样品功函数值。 1.3功函计算 样品与参比电极通过导线连接相接触，两者的费米能级不同, 因此样品与参比电极间将会存在势差CPD。 CPD=（φc-φs）/e 样品与参比电极之间距离为d0，音频震荡线圈使参比电极发生微小振动，两者之间距离为： D(t) = d0+d1sin(wt)

对金属的逸出功的再认识

什么是金属的逸出功，多年来中学物理教材一直说法不一。请看： 1980年2月第1版《全日制十年制学校高中课本(试用本)物理下册》(人民教育出版社)的叙述是：“电子吸收光子的能量后，动能立刻就增加了，不需要积累能量的过程。如果电子的动能足够大，能够克服内部原子对它的引力，就可以离开金属表面逃逸出来，成为光电子。这就是光电效应。当然，电子吸收光子的能量后可能向各个方向运动，有的向金属内部运动，并不出来。向金属表面运动的电子，经过的路程不同，途中损失的能量也不同，因此从表面出来时的初动能也不同。只有直接从金属表面出来的光电子才具有最大初动能。这些光电子克服金属原有的引力所做的功叫做逸出功。” 1985年11月第1版《高级中学课本(试用)物理(甲种本)第三册》(人民教育出版社)的说法与1980年2月第1版《全日制十年制学校高中课本(试用本)物理(下册)》几乎一样。 1990年l0月第1版《高级中学课本物理第二册(必修)》(人民教育出版社)的说法是：“电子吸收光子的能量后，动能立刻就增加了，不需要积累能量的过程。如果电子的动能足够大，能够克服内部原子核对它的引力，就可以离开金属表面逃逸出来，成为光电子。……向金属表面运动的电子，经过的路程不同，途中损失的能量也不同。唯独金属表面上的电子，只要克服金属原子核的引力做功，就能从金属中逸出。这个功叫做逸出功。” 1994年12月第1版《高级中学试验课本物理第二册》(人民教育出版社)说法是：“电子吸收光子的能量后，动能增加，如果动能足够大，电子就能克服金属离子对它的引力，离开金属表面逃逸出来，成为光电子。……这些电子克服金属离子的引力所做的功，叫做逸出功。”2003年6月第1版《全日制普通高级中学教科书(必修加选修)物理第三册》(人民教育出版社)的说法是：“光电效应中，金属中的电子在飞出金属表面时要克服原子核对它的吸引而做功。某种金属中的不同电子，脱离这种金属所需的功不一样，使电子脱离某种金属所做功的最小值，叫做这种金属的逸出功。”上面关于逸出功的说法有三种。一是电子克服金属原子的引力所做的功；二是电子克服金属原子核的引力所做的功；三是电子克服金属离子的引力所做的功。这三种说法哪一种正确?究竟是克服什么力做功?在中学阶段值得深入讨论。自由电子在逸出金属表面时为什么要做功?从微观角度如何理解呢?在通常温度下，金属中的自由电子虽然在作热运动，但是，几乎没有自由电子能从金属的表面挣脱出来。这表明，在金属表面运动着的自由电子，必定要受到某种阻止它们从金属表面逸出的力。对这种阻力可以这样来理解：起初，有少数热运动速度较大的自由电子从金属表面挣脱出来，在金属表面附近形成一层电子“气”。这时，一方面金属中缺少电子，另一方面，这些逸出的电子对金属有静电感应作用，从而在金属表面内形成一个正电荷层。这样在金属表面就出现一个电子一正电荷层。 这个电子－正电荷层（如图1所示），其厚度大约是10m,偶电层所产生 的电场方向由金属表面指向金属外面，它阻碍其他自由电子从金属表面逸出。 由于偶电层的存在，金属表面内的电势高于表面层外的电势，金属表面的自 由电子要从金属表面逸出，就要克服偶电层的电场力做功，这个功就叫做该 种金属的逸出功。逸出功的单位通常用电子伏(ev)表示。不同金属表面形成 的偶电层的电势差大小不同，自由电子逸出金属表面所需做的功也不同，也就是说，不同金属有着不同的逸出功。逸出功越大，自由电子越难逸出金属表面。对于大多数纯金属，其逸出功在3～4.5eV之间。 综上所述，所谓逸出功就是金属表面的自由电子克服金属表面的偶电层的电场力所做的功。笔者认为这样表述较上面所列出的中学物理教材中的表述要明确和清楚。 在最近出版的物理教材中对逸出功的表述作了修改。2005年6月第1版《普通高中物理课程标准实验教科书-物理·选修3—5》(人民教育出版社)对逸出功是这样表述的：“人们知道，金属中原子外层的价电子会脱离原子做无规则的热运动。但在温度不高时，电子并不能大量逸出金属表面，这表明金属表面层内存在一种力，阻碍电子的逃逸。电子若能从金属中挣脱出来，必须克服这种阻碍做功。使电子脱离某种金属所做功的最小值，叫做这种金属的逸出功。” 新教材的说法抛弃了“克服金属原子的引力做功”、“克服金属原子核的引力做功”、“克服金属离子的引力做功”等含混不清的说法，指出“金属表面层内存在一种力，阻碍电子的逃逸”。这比过去的说法进了一步，但仍然没有能指出阻碍光电子逸出的力的实质。笔者认为在今后修订高中物理教材时，在讲述“逸出功”概念时，应从电子论的角度阐明逸出功的微观本质，加上“金属表面的自由电子克服金属表面的偶电层的电场力做功”这一说法为宜。

金属逸出功与电子荷质比

金属电子逸出电势和荷质比的测量 实验一 金属电子逸出电势的测量 【实验要求和目的】 1. 了解金属电子逸出功的基本理论 2. 学习用里查孙直线法测定钨的逸出功 3. 学习用计算机接口辅助进行实验数据采集和处理 【实验原理】 在理想二极管的阳极上加以正电压时，连接这两个电极的外电路中将有电流通过，这种 现象，称为热电子发射。 金属中的传导电子能量的分布是按费密—狄喇克能量分布的。即 f ( E ) N ( E ) dN 4 3 ( 2 m ) 3 1 2 2 E E F 1 E [exp( ) 1 ] （1） dE h kT 在绝对零度时电子的能量分布如右图中曲线(1)所示。这 时电子所具有的最大能量为 E F （费密能级）。当温度 T ＞0 时，电子的能量分布曲线如图中曲线(2)、(3)所示。 通常温度下金属表面与外界(真空)之间存在一个势垒 E b ，电子要从金属中逸出，至少具有能量 E b 。在绝对零度 时电子逸出金属至少要从外界得到的能量为 E 0 E b E F e （2） E 0 (或 e φ)称为金属电子的逸出功，它表征要使金属中比费米能极 E F 具有最大能量的电 子逸出金属表面所需要给予的能量。φ称为逸出电势。 提高阴极温度使其中一部分电子的能量大于势垒 E b 。这样，能量大于势垒 E b 的电子就 可以从金属中发射出来。因此，逸出功 e φ的大小，决定了电子发射的强弱。 根据费密—狄喇克能量分布公式(1)，可以导出热电子发射的里查孙—热西曼公式 I AST 2 e xp ( e kT ) (3) 式中 I —热电子发射的电流强度(A)。 A —和阴极表面化学纯度有关的系数(A ? m -2? K -2)。 S —阴极的有效发射面积(m 2). T —发射热电子的阴极的绝对温度(K)。 K —玻尔兹曼常数，k=1.38?10-23 J ? K -1 由于 A 和 S 两个量难以直接测定，所以在实际测量中用下述的里查孙直线法。 将式(3)两边除以T 2 ，再取常用对数得 lg I 2 lg AS e 3 1 lg AS 5 04 10 (4) 从(4)式可见， lg T I 1 与 2 2 30 kT I 成线性关系。如以 lg 2 T 1 为纵坐标，以 为横坐标作图，从 T T T T

常见金属的功函数

Metal Work Function （eV）银Ag (silver) 4.26 铝Al (aluminum) 4.28 金Au (gold) 5.1 铯Cs (cesium) 2.14 铜Cu (copper) 4.65 锂Li (lithium) 2.9 铅Pb (lead) 4.25 锡Sn (tin) 4.42 铬Cr (Chromium) 4.6 钼Mo(Molybdenum) 4.37 钨Tungsten 4.5 镍Nickel 4.6 钛Titanium 4.33 铍Beryllium 5.0 镉Cadmium 4.07 钙Calcium 2.9 碳Carbon 4.81 碳纳米管CNT 4.4 （by FSS） 钴Cobalt 5.0 钯Pd(Palladium) 5.12 铁Iron 4.5 镁Magnesium 3.68 汞Mercury 4.5 鈮Niobium 4.3 钾Potassium 2.3 铂Platinum 5.65 硒Selenium 5.11 钠Sodium 2.28 铀Uranium 3.6 锌Zinc 4.3

一些金属的功函数 单位:电子伏特,eV Ag 4.26 Al 4.28 As 3.75 Au 5.1 B 4.45 Ba 2.7 Be 4.98 Bi 4.22 C 5 Ca 2.87 Cd 4.22 Ce 2.9 Co 5 Cr 4.5 Cs 2.14 Cu 4.65 Eu 2.5 Fe 4.5 Ga 4.2

Gd 3.1 Hf 3.9 Hg 4.49 In 4.12 Ir 5.27 K 2.3 La 3.5 Li 2.9 Lu 3.3 Mg 3.66 Mn 4.1 Mo 4.6 Na 2.75 Nb 4.3 Nd 3.2 Ni 5.15 Os 4.83 Pb 4.25 Pt 5.65 Rb 2.16 Re

金属电子逸出功的测量与分析

金属电子逸出功的测量分析 一、 引言 20世纪上半叶，物理学在工程技术上最引人注目的应用之一是无线电电子学，而理查逊（Richarson ）提出的热电子发射定律对无线电电子学的发展具有深远的影响。1901年，理查逊认为：在热金属内部充有大量自由运动的电子，当电子到达金属表面时，如果和表面的垂直速度分量所决定的动能大于逸出功，这个电子就有可能逸出金属表面，而电子的速度分布遵从麦克斯韦玻尔兹曼分布律。经过计算得出热电子发射电流密度为： )exp(kT W T A j - = 1911年，理查逊用热力学方法对热电子发射公式进行了严格推导，得出热电子发射电流的第二个公式：)' exp('2 kT W T A j - =，其中，A ’和W ’是两个有别于A 和W 的系数，但它们之间互为关系。理查逊认为第二个公式具有更好的理论基础。 1915年，理查逊进一步证明第二个公式的A ’是与材料无关的普适常数，于是更显示出它的优越性。1923年，电子学家杜许曼（S.Dushman ）根据热力学第三定律推导出热电子发射电流密度：)exp()2(2 3kT W T h mek j -?=π，其中32h mek π即为理查逊第二个公式的普适常数A ’。 1926年，费米（E.Fermi ）和狄拉克（P.Dirac ）根据泡利不相容原理提出了费米-狄拉克量子统计规律，随后泡利（W.Pauli ）和索末菲（A.Sommerfeld ）在1927-1928年将它用于研究金属电子运动，并推出理查逊第二个公式。 理查逊由于对热电子发射现象的研究所取得的成就，特别是发现了以他的名字命名的热电子发射定律而获得1928年诺贝尔物理学奖。 二、 实验目的 1、 了解费米-狄拉克统计规律； 2、 理解热电子发射规律和掌握逸出功的测量方法； 3、 用理查逊直线法分析阴极材料（钨）的电子逸出功。 三、 实验原理 （一） 电子逸出功

功函数的介绍

金属的功函数W与它的费米能级密切相关但两者并不相等。这是因为真实世界中的固体具有表面效应：真实世界的固体并不是电子和离子的无限延伸重复排满整 个布拉维格子的每一个原胞。没有任何一者能仅仅位于一系列布拉维格点在固体占据且充满了非扭曲电荷分布基至所有原胞的几何区域V。的确，那些原胞 中靠近表面的电荷分布将会与理想无限固体相比被显著的扭曲，导致一个有效表面偶极子分布，或者，有些时候同时有表面偶极子分布和表面电荷分布。 能够证明如果我们定义功函数为把电子从固体中立即移出到一点所需的最小能量，但是表面电荷分布的效应能够忽略，仅仅留下表面偶极子分布。如果定义带来表面 两端势能差的有效表面偶极子为。且定义从不考虑表面扭曲效应的有限固体计 算出的为费米能，当按惯例位于的势为零。那么，正确的功函数公式为： 其中是负的，表明电子在固体中为负极。 单位:电子伏特,eV 金属功函数金属功函数金属功函数金属功函数金属功函数金属功函数Ag 4.26 Al 4.28 As 3.75 Au 5.1 B 4.45 Ba 2.7 Be 4.98 Bi 4.22 C 5 Ca 2.87 Cd 4.22 Ce 2.9 Co 5 Cr 4.5 Cs 2.14 Cu 4.65 Eu 2.5 Fe 4.5 Ga 4.2 Gd 3.1 Hf 3.9 Hg 4.49 In 4.12 Ir 5.27 K 2.3 La 3.5 Li 2.9 Lu 3.3 Mg 3.66 Mn 4.1

Simple Band Diagram with denoted vacuum energy EVAC, conduction band EC, Fermi energy EF, valence band EV, electron affinity Eea, work function Φ and band gap Eg

(整理)半导体的欧姆接触.

半导体的欧姆接触(2012-03-30 15:06:47)转载▼ 标签：杂谈分类：补充大脑 1、欧姆接触 欧姆接触是指这样的接触：一是它不产生明显的附加阻抗；二是不会使半导体内部的平衡载流子浓度发生显著的改变。 从理论上说，影响金属与半导体形成欧姆接触的主要因素有两个：金属、半导体的功函数和半导体的表面态密度。对于给定的半导体，从功函数对金属－半导体之间接触的影响来看，要形成欧姆接触，对于n型半导体，应该选择功函数小的金属，即满足Wm《Ws，使金属与半导体之间形成n型反阻挡层。而对于p型半导体，应该选择功函数大的金属与半导体形成接触，即满足Wm》Ws，使金属与半导体之间形成p型反阻挡层。但是由于表面态的影响，功函数对欧姆接触形成的影响减弱，对于n型半导体而言，即使Wm《Ws，金属与半导体之间还是不能形成性能良好的欧姆接触。 目前，在生产实际中，主要是利用隧道效应原理在半导体上制造欧姆接触。从功函数角度来考虑，金属与半导体要形成欧姆接触时，对于n型半导体，金属功函数要小于半导体的功函数，满足此条件的金属材料有Ti、In。对于p型半导体，金属功函数要大于半导体的功函数，满足此条件的金属材料有Cu、Ag、Pt、Ni。 2、一些常用物质的的功函数 物质Al Ti Pt In Ni Cu Ag Au 功函数4.3 3.95 5.35 3.7 4.5 4.4 4.4 5.20 3、举例 n型的GaN——先用磁控溅射在表面溅射上Ti/Al/Ti三层金属，然后在卤灯/硅片组成的快速退火装置上进行快速退火：先600摄氏度—后900摄氏度——形成欧姆接触； p型的CdZnTe——磁控溅射仪上用Cu－3％Ag合金靶材在材料表面溅射一层CuAg合金。 欧姆接触[编辑] 欧姆接触是半导体设备上具有线性并且对称的 果电流- 这些金属片通过光刻制程布局。低电阻，稳定接触的欧姆接触是影响集成电路性能和稳定性的关键因素。它们的制备和描绘是电路制造的主要工作。 目录 [隐藏] ? 1 理论 ? 2 实验特性 ? 3 欧姆接触的制备 ? 4 技术角度上重要的接触类型 ? 5 重要性 ? 6 参考资料

常见金属的功函数

常见金属的功函数

Metal Work Function （eV）银Ag (silver) 4.26 铝Al (aluminum) 4.28 金Au (gold) 5.1 铯Cs (cesium) 2.14 铜Cu (copper) 4.65 锂Li (lithium) 2.9 铅Pb (lead) 4.25 锡Sn (tin) 4.42 铬Cr (Chromium) 4.6 钼Mo(Molybdenum) 4.37 钨Tungsten 4.5 镍Nickel 4.6 钛Titanium 4.33 铍Beryllium 5.0 镉Cadmium 4.07 钙Calcium 2.9 碳Carbon 4.81 碳纳米管CNT 4.4 （by FSS） 钴Cobalt 5.0 钯Pd(Palladium) 5.12 铁Iron 4.5 镁Magnesium 3.68 汞Mercury 4.5 鈮Niobium 4.3 钾Potassium 2.3 铂Platinum 5.65 硒Selenium 5.11 钠Sodium 2.28 铀Uranium 3.6 锌Zinc 4.3

一些金属的功函数 单位:电子伏特,eV Ag 4.26 Al 4.28 As 3.75 Au 5.1 B 4.45 Ba 2.7 Be 4.98 Bi 4.22 C 5

Ca 2.87 Cd 4.22 Ce 2.9 Co 5 Cr 4.5 Cs 2.14 Cu 4.65 Eu 2.5 Fe 4.5 Ga 4.2

Gd 3.1 Hf 3.9 Hg 4.49 In 4.12 Ir 5.27 K 2.3 La 3.5 Li 2.9 Lu 3.3 Mg 3.66 Mn

金属电子逸出功的理论及实验分析

金属电子逸出功的理论及实验分析 实验22 金属电子逸出功的测定 【实验目的】 1．用里查逊（Richardson）直线法测定金属钨的电子逸出功。 2．了解光测高温计的原理和学习高温计的使用。 3．学习数据处理的方法。 【实验原理】 若真空二极管的阴极（用被测金属钨丝做成）通以电流加热，并在阳极上加以正电压时，在连接这二个电极的外电路中将有电流通过，如图3—22—1所示。这种电子从加热金属丝发射出来的现象，称为热电子发射。 研究热电子发射的目的之一可以选择合适的阴极材料。诚然，可以在相同加热温度下测不同阳极材料的二极管的饱和电流，然后相互比较，加以选择。但通过对阴极材料物理性质的研究来掌握其热电子发射的性能，这是带有根本性的工作，因而更为重要。 1．电子的逸出功 根据固体物理学中金属电子理论，金属中的传导电子能量的分布是按费米——狄拉克（Fermi-Dirac）分布的。即 3—22—1 式中称费米能级。 图3—22—1 图3—22—2 在绝对零度时电子的能量分布如图3—22—2中曲线（1）所示。这时电子所具有的最大能量为。当温度升高时电子的能量分布曲线如图3—22—2中曲线（2）所示。其中能量较大的少数电子具有比更高的能量，而其数量随能量的增加而指数减少。 在通常温度下由于金属表面与外界（真空）之间存在一个势垒，所以电子要 从金属中逸出必须至少具有能量从图3—22—2可见，在绝对零度时电子逸出金属至少需要从外界得到的能量为：

称为金属电子的逸出功，其常用单位为电子伏特（ev），它表征要使处 于绝对零度下的金属中具有最大能量的电子逸出金属表面所需要给予的能量。 称为逸出电位，其数值等于以电子伏特表示的电子逸出功。 可见，热电子发射就是用提高阴极温度的办法以改变电子的能量分布，使其中 一部分电子的能量大于，这样能量大于的电子就可以从金属中发射出来。因此，逸出功的大小，对热电子发射的强弱，具有决定性作用。 2．热电子发射公式 根据费米—狄拉克能量分布公式3—22—1，可以导出热电子发射的里查逊—杜 什曼（Richar-dson-Dushman）公式 3—22—2 式中——热电子发射的电流强度，单位为安培。 ——和阴极表面化学纯度有关的系数，单位为安培/厘米2·度2。 ——阴极的有效发射面积，单位为平方厘米。 ——玻尔兹曼常数（K=1.38×10-23焦耳/开）。 原则上我们只要测定、、和，就可以根据3—22—2式计算出阴极材 料的逸出功。但困难在于和这两个量是难以直接测定的，所以在实际 测量中常用下述的里查逊直线法，以设法避开和的测量。 3．里查逊直线法 将3—22—2式两边除以，再取对数得到 3—22—3 从3—22—3可以看出，与成线性关系。如果以作纵坐标，以 为横坐标作图，从所得直线的斜率即可求出电子的逸出电位，从而求出电 子的逸出功。这个方法叫做里查逊直线法，它的好处是可以不必求出A和S