Вольт-амперна характеристика випрямляючого контакту метал-напівпровідник. Діодна і дифузійна теорія випрямлення

Енергетична діаграма випрямляючого контакту метал-напівпровідник в початковий момент при прикладанні зовнішнього зміщення має вигляд:

При під’єднанні мінусом до напівпровідника і плюсом до металу енергія електронів буде збільшуватись і тому енергетичні рівні Е_с0, Е_ф і Е_v0 будуть зміщуватись оскільки вони є енергетичними рівнями для електронів. Напруженість сумарного електричного поля буде зменшуватись, що приведе до зменшення вигину зон у запірному шарі і відповідно до зменшення висоти потенціального бар’єру для електронів, які рухаються з напівпровідника у метал.

Енергетична діаграма при цьому буде мати вигляд:

Eф_н/п – Eф_м= eV

Такий напрямок під’єднання зовнішньої напруги відповідає прямому включенню зовнішнього поля (пряме зміщення).

При під’єднанні зовнішнього джерела живлення мінусом до металу, а плюсом до напівпровідника приводить до того, що положення енергетичних рівнів Е_с0, Е_ф і Е_v0 зміщуються на енергетичній діаграмі вниз, що відповідає зменшенню енергій електронів в напівпровіднику при такому під’єднанні зовнішньої напруги. Сумарна напруженість електричного поля в області контакту буде дорівнювати сумі напруженостей вбудованого та зовнішнього полів, що буде приводити до збільшення величини електростатичного потенціалу і відповідно до збільшення висоти потенціального бар’єру для електронів, що переходять з напівпровідника в метал.

В даному випадку різниця між рівнями Фермі:

Таке під’єднання зовнішнього поля до контакту метал-напівпровідник відповідає зворотному включенню зовнішньої напруги (зворотнє зміщення).

В залежності від зовнішнього зміщення змінюється висота потенціального бар’єру, а це значить, що керуючи зовнішнім зміщенням, тобто величиною і напрямком зовнішнього електричного поля, можна керувати значенням струму через систему метал-напівпровідник. Для розв’язування задачі визначення величини струму, який протікає через контакт метал-напівпровідник існує дві теорії: діодна і дифузійна, які використовують співвідношення між товщиною контакту d_n (d_p) і довжиною вільного пробігу носіїв заряду. Було встановлено, що ВАХ бар’єру Шотткі залежить від його товщини або іншими словами від співвідношення між товщиною контакту та довжиною вільного пробігу носіїв заряду.