Свойство переходов металл-полупроводник

Внешние выводы полупроводниковых приборов выполняются из металла и контактируют с полупроводниковыми материалами. Свойства таких контактов зависят от используемого металла и полупроводника.

Пусть металл контактирует с полупроводником n-типа (рис. 1.23). В металле все электроны обобщены и образуют электронный газ, в полупроводнике n-типа излишек электронов, но там существует некоторая их упорядоченность. После создания контакта металла с полупроводником может начаться обмен электронами, причем могут возникнуть две разные ситуации.

Для вывода электрона за пределы твердого тела необходимо совершить определенную работу, то есть сообщить электрону соответствующую энергию. Эта работа называется работой выхода. При этом работа выхода из конкретного металла - А_м может быть как больше, так и меньше работы выхода из полупроводника - А_п.

Если A_м<A_п, то электроны из металла смогут легче перемещаться в полупроводник, чем обратно. При этом в полупроводнике на границе контакта с металлом появится обогащенный основными носителями (электронами) слой. В металле обедненный слой не сформируется, так как электроны в нем свободно перемещаются по всему кристаллу. Переход металл-полупроводник в этом случае не будет обладать вентильными свойствами, то есть он хорошо проводит ток при обеих полярностях, приложенного к такой структуре напряжения. Данное свойство позволяет получить невыпрямляющие, омические контакты для подведения к полупроводниковым слоям внешнего электрического поля.

Рис.1.23. Перемещение электронов через переход

металл - n-полупроводник.

В случае, когда A_м>A_п , электронам из полупроводника легче перейти в металл, но в этом случае в полупроводнике (и только в нем) образуется обедненный основными носителями слой, а на границе разделов возникнет потенциальный барьер величиной .

Если к такой структуре приложить внешнее напряжение в прямом направлении (+ к металлу, - к полупроводнику), то обедненный слой будет обогащаться электронами и при значении исчезнет. Через контакт металл-полупроводник потечет прямой ток, причем он будет переноситься только электронами (дырок в металле нет), которые являются основными носителями и для металла и для полупроводника. При этом отсутствуют явления инжекции, накопления и рассасывания избыточных неосновных носителей. Диффузионная емкость у такого перехода практически отсутствует.

При изменении полярности напряжения на обратную, электроны в полупроводнике будут уводиться от границы раздела вглубь, толщина обедненного слоя и его сопротивление возрастут и ток через переход, как и в обычном p-n переходе, практически прекратится.

Структуры металл-полупроводник впервые были исследованы немецким ученым Шоттки и в его честь потенциальный барьер, возникающий при соответствующих условиях, назвали барьером Шоттки.

Рис.1.24. Перемещение электронов через переход

металл - p-полупроводник.

Если сформировать контакт металл - p-полупроводник (рис. 1.24), то в ситуации, когда A_м<A_р, электроны начнут перемещаться в полупроводник. Около его границы с металлом окажется их избыток, образуется отрицательный объемный заряд и потенциальный барьер, который будет препятствовать дальнейшему перемещению электронов через переход. Обедненный основными носителями (дырками) слой, ведет себя подобно p-n переходу, то есть обладает вентильными свойствами. Если же A_M>A_P, то электроны начнут двигаться из полупроводника в металл, область перехода обогатится основными носителями (электронами в металле и дырками в полупроводнике) и такой контакт будет иметь невыпрямляющие свойства. Процессы при этом будут протекать несколько по иному, чем при использовании полупроводника n-типа, но упрощенно их можно представить именно так.

Дата добавления: 2014-01-06