Студопедия

Главная страница Случайная страница

Разделы сайта

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:

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 1, 5 В і не перевищує ширини забороненої зони. Якщо φ k=1В, d=10-7 см, то одержимо як і в попередньому випадку, що число електронів, які повинні перейти із напівпровідника в метал, щоб створити φ k = 1 еВ повинно бути n=5 1012 см-2. Загальне число електронів на 1 см2 поверхні напівпровідника може бути набагато менше за вказану величину n 1019 см-3. Для невироджених напівпровідників n0< < 1019 см-3 і тоді поверхнева густина електронів n< < 5 1012 см-2. Якщо n0=1015 см-3, то ns= (1015)2/3=1010 см-2. Тоді для одержання необхідної кількості електронів, тобто n=5 1012 см-2 з кожного 1 см2 площі необхідно вивести всі вільні електрони із напівпровідника товщиною d= (5 1012/1015)=5 10-3 см. Для створення ….. повністю іонізовану домішку ND=1015 см-3 можна отримати на поверхні металу від’ємні заряди n=5 1012 см-2, тільки тоді, коли всі електрони із шару напівпровідника товщиною d=5 10-3 см перейдуть в метал. У вказаному приповерхневому шарі напівпровідника залишається нерухомий об’ємний заряд додатньо іонізованих донорів і цей шар не містить вільних електронів, тобто являється діелектриком. Відповідно до вакуумної щілини (товщиною d=10-7 см) додається шар діелектрика, товщина якого dH на декілька порядків перевищує товщину вакуумної щілини. Тому контактна різниця потенціалів розподілиться не стільки в вакуумній щілині, стільки у вказаному при поверхневому шарі напівпровідника. Тому можна нехтувати вакуумною щілиною і розглядати безпосередньо контакт метал-напівпровідник. Опір вказаного шару буде набагато більший за опір об’єму напівпровідника. Цей шар називають запірним або областу просторового заряду (ОПЗ).

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.






© 2023 :: MyLektsii.ru :: Мои Лекции
Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав.
Копирование текстов разрешено только с указанием индексируемой ссылки на источник.