摘要：热电子发射描述了金属中的自由电子在获得足够能量后，能够克服金属表面的势垒而逸出的过程。这一现象与光电效应类似，但能量来源不同：光电效应是光子激发电子，而热发射则是通过热能激发电子。当金属被加热时，电子获得热能，一旦能量超过金属的逸出功，电子就会从金属表面逸出。

电流机制总结

热电子发射（Thermionic Emission）Fowler-Nordheim 隧穿（FN Tunnelling）直接隧穿（Direct Tunneling）带间隧穿（Band to Band Tunneling）

Fig1. MOS结构中的栅极电流机制示意图

热电子发射（Thermionic Emission）

热电子发射描述了金属中的自由电子在获得足够能量后，能够克服金属表面的势垒而逸出的过程。这一现象与光电效应类似，但能量来源不同：光电效应是光子激发电子，而热发射则是通过热能激发电子。当金属被加热时，电子获得热能，一旦能量超过金属的逸出功，电子就会从金属表面逸出。热发射的电流密度可以通过Richardson-Dushman公式描述，公式中包含了温度和逸出功等参数，其电流与温度的平方成正比，与逸出功的指数成反比。

Table1. 可能的电流传导机制，TE, FN, Direct tunneling 电流对应公式

Fowler-Nordheim 隧穿（FN Tunnelling）

Fowler-Nordheim 隧道效应是一种量子隧穿现象，描述了电子在强电场作用下，通过势垒进入半导体或绝缘层的过程。FN 隧道效应的关键在于，电子并不是直接跨越势垒，而是通过量子隧穿的方式穿过势垒。这种效应在低温下尤为显著，因为此时热激发的贡献较小，而隧穿效应成为主导。FN 隧道效应的电流密度与电场的平方成正比，并且随着电场的增加呈指数关系增长。这种现象在非易失性存储器（如Flash）和一些新型半导体器件中有着重要的应用。

直接隧穿（Direct Tunneling）

直接隧道效应也是一种量子隧穿现象，但它与FN 隧道效应有所不同。直接隧道效应通常发生在薄势垒的情况下，电子可以直接隧穿过势垒，而不需要像FN 隧道效应那样依赖于电场的强烈作用。这种效应在低偏压下尤为显著，电流密度与偏压成线性关系。

带间隧穿（Band to Band Tunneling）

带间隧道效应是一种特殊的隧穿现象，它描述了电子从导带直接隧穿到价带的过程。这种效应通常发生在半导体材料中，当电子和空穴在强电场或高掺杂浓度下发生隧穿时，会产生显著的电流。与直接隧道效应不同，带间隧道效应涉及到了半导体的能带结构，因此它对材料的特性非常敏感。

Fig2. 热电子发射（Thermionic Emission）、Fowler-Nordheim 隧穿（FN Tunnelling）、直接隧穿（Direct Tunneling）和带间隧穿（Band to Band Tunneling）

1.Leakage Current Mechanisms and Leakage Reduction Techniques in Deep-Submicrometer CMOS Circuits.

2.Modeling of Tunneling Current and Gate Dielectric Reliability for Nonvolatile Memory Devices.

3.https://golden.com/wiki/Thermionic_emission-B9RRP4.Electronic Properties of Alkanethiol Molecular Junctions: Conduction Mechanisms, Metal–Molecule Contacts, and Inelastic Transport.

来源：卡比獸papa