![]() Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Умови формування омічного та випрямляючого контактів метал-напівпровідник. Їх енергетичні діаграми. Контактна різниця потенціалів.
Розглянемо напівпровідник n-типу провідності і нехай термодинамічна робота виходу електронів з напівпровідника буде менша ніж з металу (Wн/п < Wм ). В початковий момент зближення енергетична діаграмма металу і напівпровідника буде мати такий вигляд: Якщо привести напівпровідник і метал в контакт, то між ними буде відбуватися обмін електронами. Електрони, які виходять з металу внаслідок термоелектронної емісії потрапляють в напівпровідник, а електрони які виходять з напівпровідника внаслідок тієї ж причини будуть потрапляти в метал. Оскільки Wн/п < Wм , то в початковий момент часу потік електронів із напівпровідника в метал буде більший ніж потік електронів із металу в напівпровідник. В результаті цього поверхня металу буде заряджатись від’ємно, а при поверхневий шар – додатньо. На контакті метал-напівпровідник буде виникати вбудоване електричне поле і відповідно контактна різниця потенціалів: eφ k= Wм – Wн/п (1) Перехід електронів з напівпровідника в метал буде відбуватись до того часу, поки рівні Фермі в цій системі не вирівняються і густини струмів із напівпровідника в метал і з металу в напівпровідник будуть рівні, тобто встановиться стан термодинамічної рівноваги.
Енергетична діаграма контакту метал-напівпровідник в випадку встановлення термодинамічної рівноваги буде мати вигляд: В цьому випадку електрони, які виходять з напівпровідника, щоб потрапити в метал мають подолати додатковий потенціальний бар’єр величиною eφ k. Відповідно робота виходу з напівпровідника в метал збільшиться на величину eφ k, а потік електронів з напівпровідника в метал зменшиться. В реальному напівпровіднику φ k=0, 1 Виникнення запірного шару товщиною dH, утворюється додатній нерухомий об’ємний заряд, приводить до вигину зон в цьому шарі еквівалентному виникненню контактної різниці потенціалів. Максимальне значення вигину зон визначається величиною контактної різниці потенціалів, а хід зон в запірному шарі являє собою зміну потенціальної енергії електрона зумовленого наявністю вбудованого електричного поля. Поскільки ширина забороненої зони в області запірного шару залишається постійною, то зміна стелі валентної зони буде еквівалентною до зміни дна зони провідності. Енергетична діаграма такого контакту метал-напівпровідник в умовах термодинамічної рівноваги буде мати такий вигляд: В напівпровіднику n-типу провідності із вказаним співвідношенням термодинамічних робіт виходу Wн/п < Wм зони вигинаються вверх, що приводить до скочування електронів по дну зони провідності вглиб напівпровідника. Дірки із валентної зони в об’ємі напівпровідника будуть приводити до поверхневого шару. Оскільки в області поверхневого шару енергія дірок буде меншою. Однак зауважимо, що в теорії викривлення контакту метал-напівпровідник в більшості випадків розглядають лише основні носії заряду. Якщо термодинамічна робота виходу з металу Wм < Wн/п n-типу потік електронів з металу в напівпровідник в момент їх зближення буде мати більшу густину ніж з напівпровідника в метал. Це приведе до збагачення електронами при поверхневого шару напівпровідника, виникає шар із високою концентрацією електронів. При цьому опір цього шару буде значно менший ніж опір напівпровідника. Така система не буде випрямляючою і такий контакт метал-напівпровідник буде володіти високою провідністю і називається анти запірним. Енергетична діаграма такого контакту буде мати наступний вигляд: Якщо розглянути напівпровідник р-типу провідності, то оскільки контактна різниця потенціалів визначається лише співвідношенням між термодинамічними роботами виходу на контакті метал-напівпровідник (р-тип) виникає запірний шар в тому випадку, коли Wм < Wн/п виникає запірний шар, а коли Wм > Wн/п – антизапірний.
|