2. Виды переходов (контактов)

2.1. Переходы металл-металл

Электрический контакт — поверхность соприкосновения проводящих электрический ток материалов, обладающая электропроводностью. В зависимости от природы соприкасающихся материалов различают электрические контакты типа проводник—проводник, проводник—полупроводник и полупроводник—полупроводник.

Важнейшая информация о свойствах контактов может быть получена из их энергетических диаграмм.

Основное правило при построении энергетической диаграммы любого контакта: в состоянии термодинамического равновесия уровень энергии Ферми должен находиться на одной высоте независимо от свойств материалов находящихся в контакте. В состоянии термодинамического равновесия эта энергия должна быть одинакова для всего кристалла.

В металлах концентрация свободных электронов в зоне проводимости очень большая порядка n~10²² cм−³, поэтому они имеют высокую проводимость. Поверхностные дефекты не изменяют существенно величину проводимости и электрический контакт сделать легко, например, скрутив два проводника. На рис.11, а приведены зонные диаграммы двух металлов с различной работой выхода в момент соединения. При этом из металла №2 с меньшей работой выхода P_М2< P_М1 начинается переток электронов в металл №1. После установления термодинамического равновесия рис.11, б в узком пограничном слое вблизи плоскости контакта возникает контактная разность потенциалов φ=ψ/q=(P_М1−P_М2)/q, а уровень энергии Ферми в металлах выравнивается.

2.1. Переходы металл-полупроводник

Металлы и полупроводники сильно отличаются по своим характеристикам, они имеют, как правило, различную работу выхода, различную диэлектрическую проницаемость, кроме того, у металла нет запрещенной зоны, а у полупроводников она есть. В полупроводниках концентрация электронов в зоне проводимости (или дырок в валентной зоне для полупроводников p-типа) на несколько порядков (5÷10) меньше, чем в металлах. Соответственно их проводимость также на несколько порядков меньше и дефекты на поверхности существенно изменяют свойства контактов. Исключение составляют вырожденные полупроводники, которые по своим свойствам близки к металлам. Для того чтобы сделать хороший контакт металл-полупроводник необходимо принять специальные меры, например, сильно легировать тонкий приповерхностный слой полупроводника и напылить на него металлический электрод.

В связи с тем, что металлы и полупроводники имеют различные электрофизические характеристики, можно за счет выбора контактирующих пар сделать, как выпрямляющие, так и не выпрямляющие контакты.

2.2. Переходы полупроводник-полупроводник

Переходы между двумя полупроводниками или диэлектриками одного типа с одинаковой внешней работой выхода Р_П1=Р_П2, одинаковой диэлектрической проницаемостью ε₁=ε₂ и одинаковой шириной запрещенной зоны ∆W₁=∆W₂ называются гомопереходами.

Если переходы образованы двумя полупроводниками или диэлектриками с разными Р_П1=Р_П2, ε₁=ε₂ и ∆W₁=∆W₂, то они называются гетеропереходами.

Переходы образованные между двумя полупроводниками с одинаковым типом проводимости n-n или p-p называются изотипными, а между полупроводниками с разным типом проводимости n- p или p-n– анизотипными.

Реальные контакты (переходы) полупроводник-полупроводник образуются в результате сложного технологического процесса.

Основные способы создания p-n – переходов:

1. Выращивание кристалла из расплавов, содержащих различные примеси;

2. Вплавление примеси;

3. Диффузия примеси из твердого диффузанта;

4. Эпитаксия (осаждение) тонкой пленки полупроводника из жидкой или газовой фазы;

5. Молекулярно-лучевая эпитаксия в вакууме;

6. Ионное легирование с последующим отжигом (активацией).