Контакт полупроводника с металлом
Поскольку в твердотельной электронике практически все электрические соединения между электронными узлами и элементами узлов выполняются с помощью металлических проводников, то проблема перехода «металл - полупроводник» возникает неизбежно. Насколько она сложна (с одной стороны) и важна (с другой стороны), станет понятным из следующего краткого рассмотрения этой проблемы. Рассмотрим относительное расположение характерных уровней энергии на энергетических диаграммах какого либо металла и полупроводника донорного типа (п-типа). Из металлов выберем такое вещество, у которого энергия уровня Ферми близка к значению энергии, соответствующему середине запрещенной зоны полупроводника. В таком случае энергетические диаграммы рассматриваемого металла и полупроводника с п-типом проводимости, построенные в одном масштабе, будут иметь вид, представленный на рис. 4.1. Эти два обстоятельства не позволят обеспечить идеальный контакт между металлом и диэлектриком. Между их поверхностями останется очень тонкий слой пространства, заполненного в основном молекулами газов. Поскольку толщина этого зазора в среднем имеет порядок одного – пяти атомных диаметров, он не представляет большого препятствия для электронов проводимости. Они преодолевают этот зазор путем туннелирования сквозь создаваемый этим зазором потенциальный барьер. По этой причине разность энергий электронов, вышедших в вакуум из металла и полупроводника начинает стремиться к нулю (e0М - e0П = qUЭ ® 0). После того как слой металла будет приведен в контакт с поверхностью полупроводника п-типа, начнется процесс выравнивания уровней Ферми металла и полупроводника. Если противоположные части контакта замкнуть внешним проводником, то уровень Ферми в объеме полупроводниковой части контакта сравняется с уровнем Ферми в металле. Этот процесс будет происходить путем перетекания части свободных носителей из полупроводника в металл. При этом в тонком слое полупроводника, примыкающем к контактному зазору остается нескомпенсированный положительный заряд (из-за обеднения этого слоя электронами). По указанной причине величина химического потенциала в различных слоях полупроводника оказывается зависящей от расстояния между поверхностью металла и рассматриваемым слоем.
На рис. 6.2 видно, что вследствие такой зависимости на границе между металлом и полупроводником образуется потенциальный барьер высотой qUJ, препятсявующий дальнейшему перетеканию электронов проводимости из полупроводника в металл. Обратное движение электронов из металла в полупроводник затруднено еще в большей степени, поскольку высота потенциального баръера со стороны металла больше (qUB >qUJ). Если к контакту «металл – полупроводник» приложить внешнее электрическое напряжение, то в зависимости от его полярности происходит уменьшение (см. рис. 4.3, а) или увеличение (рис. 4.3, б) высоты потенциального барьера со стороны полупроводника. В первом случае проводимость контакта оказывается достаточно высокой, во втором случае – очень низкой. Оказывается, что зависимость плотности тока, протекающего через контакт, от величины внешнего напряжения U может быть представлена в виде следующего равенства:
где JS – константа. Величина константы JS может быть определена из следующих соображений.
Известно, что приближенное значение плотности тока электронов из металла в вакуум определяется равенством Ричардсона-Дэшмена:
где При переходе из металла в полупроводник электронам приходится преодолевать барьер, высота которого определяется величиной qUB, поэтому формула Ричардсона-Дэшмена дает следующее значение плотности тока электронов из металла в полупроводник:
Плотность тока электронов в обратном направлении (из полупроводника в металл) в условиях термодинамического равновесия и в отсутствие внешнего напряжения совпадает с плотностью тока электронов из металла в полупроводник,
Суммарная плотность тока через контакт «металл - полупроводник» оказывается равной
Откуда видно, что
Равенство (4.27) называется вольт-амперной характеристикой (ВАХ) перехода «металл – полупроводник». Видно, что форма выражения (1) полностью совпадает с ВАХ р-п-перехода. Поэтому переход «металл – примесный полупроводник» вполне может применяться для выпрямления переменного тока. Полупроводниковые двухэлектродные выпрямительные приборы, основной частью которых является переход «металл – примесный полупроводник», называются диодами Шотки.
Видно, что форма выражения (6.6) полностью совпадает с ВАХ р-п-перехода. Поэтому переход «металл – примесный полупроводник» вполне может применяться для выпрямления переменного тока. Полупроводниковые двухэлектродные выпрямительные приборы, основной частью которых является переход «металл – примесный полупроводник», называются диодами Шотки.
Популярное: Как распознать напряжение: Говоря о мышечном напряжении, мы в первую очередь имеем в виду мускулы, прикрепленные к костям ... Почему стероиды повышают давление?: Основных причин три... ![]() ©2015-2024 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (334)
|
Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку... Система поиска информации Мобильная версия сайта Удобная навигация Нет шокирующей рекламы |