Лаб№2

Министерство цифрового развития, связи и массовых коммуникаций Российской Федерации ордена Трудового Красного Знамени федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский технический университет связи и информатики»

Кафедра «Электроника»

Лабораторная работа №2

по теме: «Исследование металло-полупроводниковых переходов»

по дисциплине «Электроника»

Выполнила: студентка БСТ2001

Курило А.А.

Вариант 11

Проверила: старшая преподавательница

Сретенская Н.В.

Москва 2022г.

1. Цель работы

Целью работы является исследование металло-полупроводниковых переходов при использовании различных сочетаний металла и полупроводника. При этом определяются следующие характеристики и параметры:

– тип контакта (омический или Шотки);

– сопротивление омического контакта.

Для контакта Шотки при U = 0 определяются:

– контактная разность потенциалов;

– толщина;

– тепловой ток;

– барьерная емкость.

2. Краткая теория

Таблица 1 – Глоссарий

Обозначение	Величина	Единица
NА	Концентрация акцепторной примеси	см-3
NД	Концентрация донорной примеси	см-3
S	Площадь перехода	см2
L	Длина перехода	мкм
R	Сопротивление контакта «металл-полупроводник»	Ом
φк0	Контактная разность потенциалов	В
I0	Тепловой ток	А
Cб0	Барьерная ёмкость	Ф
q×φм	Работа выхода металла	Дж
q×φпп	Работа выхода полупроводника	Дж
μ	Коэффициент подвижности носителей заряда в п/п
T	Абсолютная температура	К
k	Постоянная Больцмана	Дж×К⁻¹
φk0	Контактная разность потенциалов	В
	Термический потенциал	В
A	Коэффициент, зависящий от типа п/п

3 Ход лабораторной работы

Рисунок 1 - Металло-полупроводниковые перехода

Таблица 2 – Заполненная таблица для варианта 11

Характеристики и параметры	Исходный вариант	Вариант с уменьшенным сопротивлением (для омического контакта)	Вариант с увеличенной толщиной перехода и напряжением пробоя (контакт Шотки)	Вариант с уменьшенной барьерной ёмкостью (контакт Шотки)
Исходные данные
Металл	Ag (4,4)	Ag (4,4)	Ag (4,4)	Ag (4,4)
Полупроводник	Si (4,8)	Si (4,8)	Si (4,8)	Si (4,8)
NА, см–3	3*1015	3*1015	3*1014	3*1015
NД, см–3	3*1015	3*1015	3*1014	3*1015
S, см2	10-4	10-4	10-4	10-5
L, мкм	20	18	20	20
Результаты при Т=300 К
Тип контакта в m-n варианте	Омический	Омический	Омический	Омический
Тип контакта в m-p варианте	Шоттки	Шоттки	Шоттки	Шоттки
R, Ом	2,7778*10-3	2,5*10-3	2,7778*10-2	2,7778*10-3
, В	4*10-1	4*10-1	4*10-1	4*10-1
L0, мкм	4,2071*10-1	4,2071*10-1	1,3304	4,2071*10-1
I0, A	1,9138*10-8	1,9138*10-8	1,9138*10-8	1,9138*10-9
Сб0, Ф	2,5243*10-12	2,5243*10-12	7,9825*10-13	2,5243*10-13

4 Вывод

Диоды Шоттки превосходят pn-диоды благодаря лучшим частотным и импульсным, но уступают им в обратном напряжении.

5 Контрольные вопросы

1. Какой характер и почему имеют металло-полупроводниковые переходы при q×φ_м<q×φ_п?

Характер контакта металл–полупроводник зависит от соотношения работ выхода контактирующего металла qϕ_м и полупроводника qϕ_п.

В m-n переходе, происходит диффузия электронов из металла в полупроводник. Приграничная область обогащается электронами, поэтому и возникает омический контакт с низким внутренним сопротивлением.

В m-p переходе электроны, покинув металл и попав в полупроводник, рекомбинируют с дырками, в результате чего на границе образуется обеднённый слой, не проводящий ток. Ионы акцепторной примеси перестают компенсироваться, в результате чего их заряд и положительно заряженные ионы в приграничной части металла создают собственное электрическое поле контакта Шоттки.

2. Какой характер и почему имеют металло-полупроводниковые переходы при q×φ_м>q×φ_п.

При qϕ_м > qϕ_п в m-n переходе образуется обедненный слой, а в m-p – обогащенный. Поэтому в этом случае m-n переход – выпрямляющий (Шотки), а m-p – омический.

3. Как на свойствах металло-полупроводниковых переходов отражается состояние поверхности полупроводника?

Поверхностный заряд может сильно влиять на электрические характеристики перехода, вплоть до изменения самого характера контакта (омический или Шотки). Поэтому диоды Шотки получили распространение намного позже р-n диодов, когда была создана технология, обеспечивающая высококачественный контакт металла с предельно чистой и бездефектной поверхностью полупроводника.

4. От чего зависит сопротивление омического контакта?

R омического контакта определяется размерами и параметрами нейтральной части полупроводника по формуле:

Таким образом, R увеличивается при увеличении длины полупроводника L, уменьшается при увеличении площади перехода, концентрации примеси и подвижности зарядов в полупроводнике.

5. Какой вид имеет ВАХ контакта Шоттки? От чего зависит тепловой ток?

Тепловой ток I₀, определяющий масштаб идеализированной ВАХ:

где А – константа, зависящая от типа полупроводника, Т – абсолютная температура, ϕ_T = kT/q – термический потенциал. Тепловой ток увеличивается при увеличении площади перехода, коэффициента типа полупроводника, температуры, уменьшается при увеличении контактной разности потенциалов.

6. От чего зависит напряжение пробоя контакта Шоттки? Как его можно увеличить?

Пробой происходит при превышении напряжённостью поля в переходе определённого значения. Напряжение пробоя можно увеличить, удлинив переход. Удлинить переход можно, уменьшив концентрацию примеси в полупроводнике.

7. От чего зависит барьерная ёмкость контакта Шоттки? Какова её роль? Как её можно уменьшить?

Барьерная ёмкость определяет частотные и импульсные свойства диода, а сама определяется следующим выражением: . Барьерную ёмкость можно уменьшить, уменьшая концентрацию примесей в полупроводнике, площадь перехода, и увеличивая работу выхода металла.

8. В чём и почему диоды Шоттки превосходят р-n диоды? В чём им уступают?

1) В открытом контакте Шотки не происходит образования диффузионного заряда неосновных носителей, как в р-n переходе. Поэтому у диодов Шотки нет диффузионной емкости, их частотные и импульсные свойства потенциально много лучше;

2) В диодах Шотки можно получить значительно меньшие напряжения открытого состояния по сравнению с кремниевыми р-п диодами. Поэтому тепловые потери в диодах Шотки значительно меньше.