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一张图看懂功函数

很多人把功函数理解成“电子跑出材料有多难”,但一进入MOS栅极和金属接触,这句话就不够用了。
功函数Φ是电子从费米能级EF到真空能级Evac所需的最小能量,即Φ=Evac-EF。它不等于电子亲和势χ,也不等于带隙。
对半导体而言,掺杂会移动费米能级;表面态、吸附物、氧化层和能带弯曲还会改变表面测得值。因此,同一种硅也可能表现出不同功函数。
两种材料接触后,电子重新分布并使费米能级对齐,由此形成界面偶极、能带弯曲或势垒。真实接触还会受到界面态、化学反应和费米能级钉扎影响,不能只查材料表预测接触电阻。
在MOS结构中,金属栅与半导体的功函数差会影响平带电压VFB,进而参与决定阈值电压Vth。但栅极的有效功函数不是裸金属常数:WFM材料、厚度、晶粒、High-k界面、氧空位、偶极层与热处理都会改变结果。
所以看到Vth漂移时,不能只换一种金属。要结合MOSCAP C-V、器件I-V、膜厚与成分、界面结构、晶圆分布和可靠性结果,区分WFM、介质电荷、界面偶极与沟道贡献。
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