Контакт металл-полупроводник

Выпрямляющий эффект границы Ме-полупроводник был обнаружен ещё в 19 веке, практически использован в начале 20 (купроксные и селеновые диодные приборы массово выпускались до 60-х годов), точечные контактные диоды – детекторы – и сейчас используются. Сейчас важны два типа контакта Ме-полупроводник:

1. выпрямляющие (диоды с барьером Шоттки);
2. омические (т.е. подчиненные закону Ома) – не выпрямляющие – необходимые для контакта полупроводниковые приборы с проводами (коммутацией), подвода и отвода управляемых токов и напряжений;

Если вероятность заполнения некоторого энергетического уровня в полупроводнике меньше, чем в металле, то при соприкосновении (контакте) часть электронов Ме перейдет в полупроводник. Это характерно для полупроводника «р». В результате в полупроводнике у границы число дырок уменьшится, обнажатся заряженные ионы «А-«и возникшее на контакте поле притормозит следующие электроны. Это похоже на поле в n-p переходе, но возникший потенциал поменьше, заряженный слой тоньше.

Для n-полупроводника заполненные уровни с электронами лежат выше, чем в Ме, и в контакте часть их стечет в металл. Донорные ионы D⁺ в полупроводнике создадут поле, втягивающее электроны назад. Зона проводимости изогнется вверх. Барьер на границах тоже возникает. Реально на прижимном контакте это сделать нельзя, на игольчатом или напыленном в вакууме – можно.

Оба типа контакта имеют слой обедненный основными носителями.

φ _Ms = φ _M - φ _s

– контактная разность потенциалов.

25. Свойства контактов полупроводников (нелинейность), применение этих свойств в электронике.

Вольтамперная характеристика - частный случай передаточных характеристик, определяющих зависимость (функцию) выходной величины от входной для данного конкретного устройства или схемы. Вольтамперная характеристика - это график зависимости тока через двухполюсник от напряжения на этом двухполюснике. Вольтамперная характеристика описывает поведение двухполюсника на постоянном токе. Чаще всего рассматривают ВАХ нелинейных элементов (степень нелинейности определяется коэффициентом нелинейности K = UdI / IdU), поскольку для линейных элементов ВАХ представляет собой прямую линию и не представляет особого интереса.

Характерные примеры элементов, обладающих существенно нелинейной ВАХ: диод, динистор, стабилитрон.

Для трехполюсных элементов (таких, как транзистор, тиристор или ламповый триод) часто строят семейства кривых, являющихся ВАХ для двухполюсника при так или иначе заданных параметрах на третьем выводе элемента.

Необходимо отметить, что в реальной схеме, особенно работающей с относительно высокими частотами (близкими к границам рабочего частотного диапазона) для данного устройства реальная зависимость напряжения от времени может пробегать по траекториям, весьма далеким от “идеальной” ВАХ. Чаще всего это связано с емкостью или другими инертными свойствами элемента, то есть вольтамперная характеристика зависит от частоты и иных параметров. Именно поэтому строят семейства (наборы) ВАХ для последовательного ряда значений того или иного параметра.

26. Принципы работы биполярного транзистора в активном режиме и режиме насыщения.

Биполя́ рный транзи́ стор — трёхэлектродный полупроводниковый прибор, один из типов транзистора. Электроды подключены к трём последовательно расположенным слоям полупроводника с чередующимся типом примесной проводимости. По этому способу чередования различают n-p-n и p-n-p транзисторы (n (negative) — электронный тип примесной проводимости, p (positive) — дырочный).

Работа биполярного транзистора, в отличие от полевого транзистора, основана на переносе зарядов одновременно двух типов, носителями которых являются электроны и дырки. Схематическое устройство транзистора показано на втором рисунке.

В первых транзисторах в качестве полупроводникового материала использовался металлический германий. В настоящее (2015 г.) время их изготавливают в основном из монокристаллического кремния и монокристаллического арсенида галлия. Благодаря очень высокой подвижности носителей в арсениде галлия приборы на его основе обладают высоким быстродействием и используются в сверхбыстродействующих логических схемах и в схемах СВЧ-усилителей.

Биполярный транзистор состоит из трёх различным образом легированных полупроводниковых слоёв: эмиттера E (Э), базы B (Б) и коллектора C (К). В зависимости от чередования типа проводимости этих слоёв различают n-p-n (эмиттер − n -полупроводник, база − p -полупроводник, коллектор − n -полупроводник) и p-n-p транзисторы. К каждому из слоёв подключены проводящие невыпрямляющие контакты