“ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МИКРОЭЛЕКТРОНИКИ”

Естественной тенденцией развития радиотехники и электроники является микро миниатюризация и интеграция (то есть, объединение), образующих электрические схемы, элементов и узлов, использование различных природных и искусственно управляемых физических процессов для решения задач радиоэлектроники технически доступными и экономически целесообразными методами.

Одним из перспективных направлений современной радиоэлектроники являются рассмотренные ранее возможности применения акустических и акустоэлектронных явлений для создания устройств функциональной микроэлектроники.

Однако подавляющее большинство схемотехнических решений современных радиоэлектронных устройств основано на применении элементной базы, использующей физические процессы и явления, связанные с проводимостью веществ, управлением проводимостью электромагнитным полем. Микро миниатюризация и интеграция подобных элементов и узлов и получило название микроэлектроники.

Для изложения физических основ микроэлектроники необходимо, в первую очередь, дать определения используемых в дальнейшем понятий.

Проводимость (Электропроводность)есть способностьфизического телапропускатьэлектрический ток. Проводимость также есть физическая величина, количественно характеризующая способность физического тела пропускать электрический ток.

Электрический ток- есть направленное движение зарядов (электронов и/или ионов).

Физическое тело состоит из атомов. Атом(от греческогоatomos-неделимый) - есть часть вещества микроскопических размеров и массы, являющейся наименьшей частью химического элемента и носящая все свойства данного элемента. Согласно квантовой теории атом состоит из положительно заряженногоядраи движущихся по орбитам в центрально-симметричном электрическом поле ядраэлектронов.Следовательно, электрон является элементарной частицей, имеющей отрицательный электрический заряд (е@-1,6*10^-19К - наименьший электрический заряд в природе) и массу (m_e@0,91*10^-27г).

Ион(от греческогоion -идущий) - электрически заряженная частица, образующаяся при потере или присоединении электронов атомами, молекулами, радикалами и т.д. Ионы могут иметь положительный заряд (потеря электронов) или отрицательный заряд (присоединение электронов), при этом данный заряд кратен заряду электрона.

Как видно, все приведенные определения содержат такое понятие как движение -ток есть движение, электроны -движутся. Универсальной характеристикой количественной меры движения и взаимодействия вне зависимости от природного происхождения является понятие энергии.

Энергия (от греческогоenergia- действие, деятельность) - есть общая количественная мера движения и взаимодействия всех видов материи. Для измерения энергии микрочастиц, имеющих заряд, применяется внесистемная единица-электрон-вольт(эВ, eV)

1эВ=1.60201*10^-19Дж(определяется из соотношения, означающего что свою кинетическую энергиюзаряженная частица с единичным зарядомприобретает пробегая разность потенциалов).

Согласно классической физике, энергия любой системы меняется непрерывно и может принимать любые значения.

Согласно квантовой теорииэнергия микрочастиц, движение которых происходит в ограниченном объеме, принимает дискретные (квантованные) значения.

Электрон в составе атома может иметь вполне конкретные дискретные (квантованные) значения энергии и дискретные значения орбитальных скоростей. Поэтому электрон может двигаться вокруг ядра только по определенным орбитам. Каждой из орбит строго соответствует определенная энергия, или энергетический уровень. Согласно принципу Паули на одном энергетическом уровне могут находиться не более двух электронов, причем собственные механические моменты (спины) данных электронов должны быть антипараллельны. Понятиеспина(от английскогоspin- вращаться, вертеться) связано не с перемещением частицы, как целого, а с ее вращением. Энергетическая диаграмма электронов атома может быть представлена в виде дискретного набора энергетических уровней (Рис.1)

Рис.1. Энергетическая диаграмма электронов атома

В твердых телах отдельные атомы и ионы сближены на расстояние друг от друга порядка радиуса атома и удерживаются в данном состоянии за счет ионнойиликовалентной связи. Основную роль в процессах образования веществ и электропроводности играют электроны внешних электронных оболочек атомов. Следует отметить, что данные электроны имеют большие энергии (находятся на более высоких энергетических уровнях). С электронами внешних оболочек атома связано понятие валентности.Валентность(от латинского -valentia- сила) есть способность атомов элементов образовывать химические связи. Количественно валентность характеризуется числом. Следовательно, валентность можно рассматривать как способность атомов отдавать или присоединять определенное число электронов внешних оболочек (то естьвалентных электронов). Химические связи могут быть двух видов - ионная и ковалентная

В случае ионной связи между двумя атомами валентность определяется числом отданных или присоединенных электронов каждым из атомов.

В случае ковалентной связимежду двумя атомами происходит обобществление электронов внешних оболочек этих атомов. Число обобществленных электронных пар называется кратностью ковалентной связи.

Зонная теория твердых тел - квантовая теория энергетических спектров в кристаллах- утверждает, что энергетический спектр в данном случае состоит из чередующихся зон (полос) разрешенных и запрещенных уровней энергий. Нижние зоны (довольно узкие) целиком заполнены электронами внутренних оболочек атомов. Физические свойства кристаллов определяются в основном верхними энергетическими зонами, содержащими электроны. Заполнение электронами энергетических уровней подчиняется статистике Ферми-Дирака:

,

где - вероятность заполнения электроном энергетического уровня,- энергия уровня Ферми, то есть такой энергетический уровень, вероятность заполнения электроном которого равна 0,5 и относительно которого кривая вероятности симметрична;- постоянная Больцмана,- абсолютная температура. (При комнатной температуре).

При абсолютном нуле температуры энергетические уровни, соответствующие орбитам атома вещества, заняты. Верхние заполненные энергетические уровни занимают валентные электроны. Данная зона получила название валентной зоны. Разрешенная энергетическая зона, в которой при абсолютном нуле температуры электроны отсутствуют, называетсясвободной зоной. При возбуждении вещества (повышение температуры, ионизация и т.д.) в свободной зоне могут находиться электроны, и тогда данная зона носит названиезоны проводимости. Энергетический интервал между “дном” самой верхней зоны, еще содержащей электроны (зоны проводимости), и “потолком” предыдущей заполненной зоны (валентной зоны) называетсязапрещенной зоной. Среднее время пребывания электрона в возбужденном состоянии (то есть пребывания электрона в зоне проводимости) называетсявременем жизни электрона. При уходе электрона из атома последний превращается в положительно заряженный ион -“дырку”. На энергетической диаграмме электроны в зоне проводимости стремятся занять уровни, близкие к “дну” зоны проводимости, генерируемые дырки стремятся занять энергетические уровни, близкие к “потолку” валентной зоны. Различные возможные энергетические диаграммы веществ приведены на рис. 2 .

Проводники	Полупроводники	Диэлектрики

Рис.2. Энергетические диаграммы веществ

В проводниках(металлах) зона проводимости непосредственно примыкает к валентной зоне (то естьобразуется гибридная зона проводимости, частично заполненная валентными электронами), либовалентная зона не полностью заполнена электронами(в этом случае незаполненная валентная зона является зоной проводимости). Твердое тело проводит ток при любой температуре если валентная зона или гибридная зоны не полностью заняты валентными электронами. При температуре выше абсолютного нуля в проводниках всегда содержатся свободные (или квази свободные) носители зарядов -электроны и ионы, то есть электроны могут перейти в зону проводимости. Однако концентрация ионизированных электронов значительно меньше числа валентных электронов. Количества валентных электронов у проводников, не меньше числа атомов (»10²²электронов в 1 кубическом сантиметре). Поэтому концентрация носителей зарядов в металлах практически не зависит от температуры.

У диэлектриковзапрещенная зона достаточно широка. При температуре абсолютного нуля валентная зона полностью заполнена электронами. То есть отсутствуют свободные носители и тело с подобным строением энергетических уровней являетсясовершенным изолятором. При увеличении температуры или ионизации валентные электроны могут переходить в зону проводимости. Вероятность таких переходов экспоненциально увеличивается с ростом температуры. Однако даже при комнатной температуре плотность электронов в зоне проводимости может достигать (1-100) в 1 см³ вещества и проводимость диэлектрика объясняется его возбужденным состоянием.. Обычно к диэлектрикам относят вещества с шириной запрещенной зоны.

Полупроводникиимеют аналогичную с диэлектриками структуру строения энергетических зон. Обычно к полупроводникам относят тела, у которых ширина запрещенной зоны.

Полупроводник	Ширина запрещенной зоны, эВ
Германий (Ge)	0,67
Кремний (Si)	1,11
Арсенид галлия (GaAs)	1,4

Электронная теория проводимости полагает, что в проводниках валентные электроны легко отделяются от атомов. При этом атомы превращаются в положительно заряженные ионы. Отделившиеся атомы хаотически движутся внутри материала между ионами и представляют собой так называемый электронный газ. Электроны испытывают воздействие (“столкновения”) колеблющихся в узлах кристаллической решетки вещества положительно заряженными ионов и дефектов кристаллической структуры. При этом полагается, что в промежутках между “столкновениями” электроны движутся прямолинейно. Расстояние, проходимое электроном между двумя последовательными столкновениями, носит название длины свободного пробега.

Очевидно, что хаотическое движение электронного газа при отсутствии внешнего электрического поля не создает направленного движения зарядов, тем самым не создает электрический ток.

При приложении к проводники разности потенциалов в последнем возникает направленное движение зарядов и тем самым создается электрический ток. Сила токазависит от приложенной к проводнику разности потенциалов, которая определяет напряженность электрического полявнутри проводника. Для однородного проводника длинойнапряженность электрического поля определяется.

Потенциал (от латинского potencia -сила) -является характеристикой векторных полей. Потенциал электромагнитного поля - есть энергетическая характеристика электромагнитного поля, вводимая для описания поля наряду с его силовыми характеристиками - векторами напряженности электрического поля и магнитной индукции. В электростатике векторное электрическое поле можно характеризовать скалярной функцией - электростатическим потенциалом.

Наряду с понятие силы тока используется понятие плотности тока. Плотность тока зависит от напряженности электрического поля в данной точке и для изотропных тел (свойства изотропных тел не зависят от направления) вектор плотности тока совпадает по направлению с вектором напряженности электрического поля. Плотность тока и напряженность электрического поля связаны линейным соотношением:

,

где коэффициент - удельная электропроводность,- удельное электрическое сопротивление.

Очевидно, что электропроводность является характеристикой материала, зависит от его структуры (агрегатного состояния, дефектов, примесей и т.д.), зависит от температуры и внешних воздействий (магнитного поля, облучения, напряженности электрического поля и т.д.). Определяющей составляющей в электропроводности является подвижность носителей зарядов в материале. Мерой “свободного перемещения носителей” может являться отношениесреднеговремени свободного пробегак характерному времени “столкновений”: и чем больше данное соотношение, тем с большим основанием электрон можно считать “свободным”. Тогда электропроводность вещества можно определить как

,

где -заряд электрона,- масса электрона,- концентрация свободных носителей,- подвижность носителя заряда,;- средняя скорость направленного движения илидрейфовая скорость.

Удельная проводимость металлов находится в пределах 1/(Ом*см); то есть проводники имеют удельное сопротивлениеОм*см. Для металлов характерно увеличение удельного сопротивления при повышении температуры:

, где-удельное сопротивление при температуре

(Единица измерения Ом*см означает сопротивление в Омах объема материала в один кубический сантиметр).

Удельная проводимость хороших диэлектриков при комнатной температуре составляет 1/(Ом*см) и вещества с удельным сопротивлениемОм*см относят к изоляторам (диэлектрикам).

Полупроводники занимают промежуточное положение по проводимости между проводниками и диэлектриками. Причем для полупроводников характерно возрастание электропроводности с ростом температуры (у металлов с ростом температуры электропроводность уменьшается вследствие уменьшения длины свободного пробега носителей заряда). Зависимость удельной электропроводности полупроводников от температуры определяется выражением:

, где- постоянная составляющая проводимости при заданной температуре,- энергия активации проводимости, соответствующая энергии связи электрона с атомом полупроводникового материала. Для полупроводников характерны:

• резкая зависимость проводимости от температуры;

• резкая зависимость проводимости от количества примесей;

• изменение удельной электрической проводимости под влиянием электрического поля, оптического и ионизирующего излучений и так далее.

Различие между полупроводниками и диэлектриками чисто количественное, а характер (механизм) проводимости данных материалов одинаков. Качественно к диэлектрикам относят такие вещества, у которых в силу малой электропроводности и больших значений энергии активации, электропроводность могла бы достигнуть заметных значений лишь при температурах, превышающих температуру их испарения.

Кристаллическая решетка полупроводников (кремния, германия) образуется за счет ковалентной связи, то есть атомы в кристаллической решетке связаны за счет обменных сил, возникающих за счет по парного объединения соседними атомами валентных электронов (см.рис.3, где также представлена зонная диаграмма собственного полупроводника). При этом сами атомы кристаллической решетки остаются электрически нейтральными.

Строение собственного полупроводника	Зонная Диаграмма собственного полупроводника
	- энергетический уровень дна зоны проводимости; - энергетический уровень потолка валентной зоны; - энергетический уровень Ферми; - ширина запрещенной зоны

Рис.3

При повышении температуры полупроводника или при другом ионизирующем воздействии на материал возникает колебательное движение атомов в узлах кристаллической решетки. Результатом данного процесса может быть разрыв ковалентной связи между двумя атомами, что приводит к образованию пары носителей заряда: свободного электрона и незаполненной электрической связи в узле решетки - положительного иона, образованного ранее электрически нейтральным атомом, который “потерял” электрон в результате разрыва ковалентной связи. Данный положительный ион получил название “дырка”. Процесс образования носителей заряда в виде электронно-дырочных пар получил название генерации носителей заряда.

Положительно заряженный ион может захватить валентный электрон соседнего атома восстановив тем самым ковалентную связь и электрическую нейтральность соответствующего узла кристаллической решетки. При этом узел кристаллической решетки потерявший в результате электрон становится положительно заряженным ионом. Данный процесс может многократно повторяться и отображаться в виде хаотического движения положительного заряда, равного по абсолютной величине заряду электрона, от одного узла решетки к другому ближайшему к нему узлу. Хаотическое движение электрона и дырки происходит в течение некоторого времени, называемого временем жизни носителей, после чего электрон заполняет разорванную связь и атом в узле становится электрически нейтральным, так как исчезает пара носителей заряда - электрон и дырка. Данный процесс называется рекомбинациейносителей заряда.

Процессу образования электронно-дырочных пар соответствует на зонной диаграмме появление электрона в зоне проводимости (при температуре ) и дырки в валентной зоне (необходимо заметить, что при зона проводимости свободна, а валентная зона заполнена полностью).

Беспримесный, химически чистый полупроводник, называется собственным полупроводникомилиполупроводником i-типа. Характерной особенностью собственного полупроводника является то, что его проводимость являетсяактивированной, то есть вызванной внешними факторами – температурой, ионизирующим излучением, сильным электрическим полем.

В собственном полупроводнике число электронов проводимости и число дырок проводимости численно одинаковы. Однако электронная проводимость преобладает ввиду большей подвижности электронов проводимости (концентрация ) по сравнению с подвижностью электронов, приводящих к образованию положительно заряженных ионов –дырок (концентрация). Для собственного полупроводника. Очевидно, что удельная электрическая проводимость зависит от концентрации носителей заряда, то есть от числа носителей заряда в одном кубическом сантиметре материала. Для металлов при температуре 20⁰С в 1 куб.см содержится=10²²атомов. В металлах же число электроном проводимости, число электронов проводимости не менее числа атомов.

Для широко распространенных полупроводников при тех же условиях характерны следующие значения концентраций:

Для германия 1/см³

Для кремния 1/см³.

Приложение к полупроводнику электрического поля вызывает движение носителей заряда, называемое дрейфом носителей заряда.Движение носителей возможно также при различии концентрации носителей в разных местах полупроводника. При этом заряды движутся под действием градиента концентрации из положения с более высокой концентрацией к низкой концентрации, выравнивая тем самым концентрацию носителей заряда в материале.

Дрейф носителей заряда под действием электрического поля вызывает дрейфовый ток. Движение носителей заряда под действием градиента концентрации вызываетдиффузионный ток.

, т.е. дрейфовый ток содержит электронную и дырочную составляющие.

Для рассмотрения явлений проводимости удобно оперировать с понятием плотности пока. Плотность тока в собственном полупроводнике можно записать

Электронная составляющая плотности тока зависит от средней скорости дрейфа электронов и их концентрации. В свою очередь, средняя скорость определяется величиной приложенного электрического поля, где коэффициент пропорциональности-определяет подвижность носителей заряда; напряженность электрического поля может быть определена как., где- электрический потенциал.

С учетом принятых обозначений , где коэффициент пропорциональности- называется удельной проводимостью полупроводника, обусловленной его электронным типом проводимости.

Аналогично для дырочного типа проводимости можно записать

.

Откуда следует, что удельная проводимость полупроводника определяется выражением

.

Ввиду большей подвижности электронов проводимости вклад последних в удельную проводимость и плотность тока проводимость наиболее существенен. Обычно плотность электронного тока проводимости в два раза больше плотности дырочного тока проводимости.

Плотность диффузионного тока (в одномерной модели) определяется выражениями:

,

где - коэффициенты диффузии электронов и дырок соответственно.

Коэффициент диффузии и подвижность носителей заряда связаны соотношением Эйнштейна

Суммарная плотность тока в полупроводнике состоит из четырех составляющих

Повышение температуры приводит к увеличению числа свободных носителей заряда и к уменьшению их подвижности (т.к. уменьшается среднее время жизни носителей за счет уменьшения средней длины свободного пробега). Однако процесс генерации носителей является преобладающим, поэтому у полупроводников с ростом температуры удельная проводимость возрастает (удельное сопротивление уменьшается).

Примесная проводимость

Электропроводность полупроводника, обусловленная вносимыми в его кристаллическую решетку примесями, называется примесной электропроводностью и, соответственно, полупроводники, электрические характеристики определяются донорными или акцепторными примесями, называются примесными полупроводниками. Примесные полупроводники создаются (в основном) путем замещения атомов в кристаллической решетке собственного полупроводника на атомы примесей. При этом примеси замещения могут отдавать электрон (донор) - рис.4, либо захватывать электрон (акцептор) -рис.5 - из решетки собственного кристалла, создавая соответственно электронную и дырочную проводимости примесного полупроводника.

Донорная примесь - полупроводник n-типа (от латинского negativus –отрицательный)		Зонная диаграмма полупроводника n-типа
	- энергетический уровень дна зоны проводимости; - энергетический уровень потолка валентной зоны; - Энергетический уровень Ферми; - ширина запрещенной зоны - энергетический уровень примеси - энергия ионизации донорной примеси

Рис.4

Донор- это примесный атом или дефект кристаллической решетки, создающий в запрещенной зоне энергетический уровень, занятый в невозбужденном состоянии электроном. Донорный энергетический уровень способен в возбужденном состоянии отдать электрон в зону проводимости.

Энергия ионизации донора- это минимальная энергия, которую необходимо сообщить электрону, находящемуся на донорном уровне, чтобы перевести его в зону проводимости.

Акцепторная примесь – полупроводник p-типа (от латинского posinivus –отрицательный)		Зонная диаграмма полупроводника p-типа
	- энергетический уровень дна зоны проводимости; - энергетический уровень потолка валентной зоны; - Энергетический уровень Ферми; - ширина запрещенной зоны - энергетический уровень примеси - энергия ионизации акцепторной примеси

Рис.5

Акцептор- это примесный атом или дефект кристаллической решетки, создающий в запрещенной зоне энергетический уровень, свободный от электрона в невозбужденном состоянии. В возбужденном состоянии энергетический уровень акцепторной примеси способен захватить электрон из валентной зоны.

Энергия ионизации акцептора- это минимальная энергия, которую необходимо сообщить электрону валентной зоны, чтобы перевести его на акцепторный уровень.

Энергия ионизации примесных атомов значительно меньше энергии ионизации собственных атомов полупроводника или ширины запрещенной зоны. Поэтому в примесных полупроводниках при низких температурах преобладают носители заряда, возникающие вследствие ионизации примесей.

Если проводимость примесного полупроводника обусловлена электронами, то такой полупроводник называют полупроводником n-типа.

Если проводимость примесного полупроводника обусловлена дырками, то такой полупроводник называют полупроводником p-типа.

Следует отметить, что в электронныхполупроводниках уровень Фермив сторону зоны проводимости ,а вдырочныхполупроводниках уровень Ферми смещаетсяв сторону валентной зоны. Величина смещения уровня Ферми от середины запрещенной зоны тем больше, чем выше концентрация основных носителей заряда для данного полупроводника. Возможен случай, когда уровень Ферми будет располагаться либо в валентной зоне, либо в зоне проводимости (возможно при увеличении концентрации примесей). В данном случае полупроводник называетсявырожденным.

Примеси, вводимые в полупроводник, могут образовывать несколько разрешенных уровней в запрещенной зоне полупроводника. Данные энергетические уровни могут осуществлять захват электронов при их переходе из валентной зоны в зону проводимости, так и при переходе из зону проводимости в валентную при рекомбинации. Такие уровни получили название уровней-ловушек. Примесные уровни ловушек оказывают влияние на процессы рекомбинации – на скорость их прохождения, то есть на быстродействие полупроводниковых устройств.

При создании радиоэлектронных компонент в основном используются различные возможные переходы в полупроводниках и их комбинации.

Электрическим переходом называется переходной слой в полупроводнике между двумя областями с различными типами их электропроводности или различными значениями удельной электрической проводимости.

Переход между двумя областями полупроводника, одна из которых имеет электронную электропроводность (полупроводник N-типа), а вторая – дырочную электропроводность (полупроводник p-типа) получил название электронно-дырочного перехода или p-n перехода.

Переходы, образованные полупроводниками с проводимостью одинакового типа, но с разными значениями удельной электрической проводимости называются электронно-электронными переходами(-переходами) идырочно-дырочными переходами(переходами).

Переходы, образованные полупроводниками с разной шириной запрещенной зоны называют гетеропереходами.

Если переход образован контактом полупроводника и металла, то такой переход называют переходом металл-полупроводник.

Контакт металла с полупроводником

Процессы электропроводности в металлургических контактах металлов и полупроводников можно рассматривать с использованием понятия работы выхода электрона. Подработой выхода электрона (А)понимается то минимальное значение энергии, которую должен получить (либо затратить) чтобы преодолеть силы внутренних связей электрона в веществе и выйти из металла или полупроводника. Очевидно, что чем меньше значение работы выхода у материала, тем легче электрону покинуть материал.

В технических приложениях используются не собственные, а примесные полупроводники, то есть полупроводники с электронным типом проводимости (n-типа) и полупроводники дырочным типом проводимости (p-типа). Рассмотрим процессы, происходящие в контактах металла и полупроводника при различных соотношениях величин работ выхода электрона у контактируемых веществ.

1.Пусть работа выхода электрона из полупроводника с электронным типом проводимости (типа) больше работы выхода электрона из металла:

Электроны из полупроводникового материала не могут его покинуть, в тоже время электроны из металла переходят в полупроводник. В месте контакта в теле полупроводника образуется слой с повышенной концентрацией основных носителей заряда – электронов. Следствием этого является пониженное сопротивление контактного слоя. Приложение напряжения к контактирующим материалам любой полярности практически не изменяет свойств контактного слоя - его сопротивление остается малым.

Следовательно, контактный слой не обладает выпрямляющими свойствами. Такой контакт металла и полупроводника называется омическим контактом.

Аналогичными свойствами обладает контакт полупроводника с дырочным типом проводимости (типа ) когда работа выхода электрона из металла больше работы выхода электрона из полупроводника:

Электроны из контактной области полупроводника переходят в металл, а в контактной области образуется избыточная концентрация основных носителей –дырок. Сопротивление контактного слоя уменьшается по сравнению с сопротивлением полупроводника. Данный контакт также является омическим контактом.

2.Пусть работа выхода электрона из полупроводникатипа меньше работы выхода электрона из металла:

Электроны из контактной области полупроводника переходят в металл. В материале полупроводника, непосредственно прилегающем к контактной области образуется слой, обедненный основными носителями для данного типа полупроводника (то есть образуется не скомпенсированный положительный заряд ионов доноров). Образуется приконтактное электрическое поле, препятствующее перемещению электронов из полупроводника в металл. Это поле отталкивает свободные электроны (в зоне проводимости) и втягивает в приконтактную область дырки (в валентной зоне).

Уменьшение концентрации основных носителей приводит к увеличению сопротивления контактного слоя, также возникает потенциальный барьер в месте контакта. Очевидно, что высота потенциального барьера будет зависеть от полярности прикладываемого напряжения

Это означает, что для одной полярности прикладываемого напряжения потенциальный барьер повышается и возрастает сопротивление (прямое включение), для противоположной полярности (обратное включение) потенциальный барьер уменьшается и сопротивление уменьшается. При обратном включении потенциальный барьер повышается, но под действием увеличившегося поля на переходе возможно движение дырок в металл. Дырки для полупроводника n-типа являются не основными носителями и их концентрация невелика. Поэтому и обратный ток будет незначителен. Следовательно, данный контактный барьер обладает выпрямляющими свойствами и на его основе можно реализовывать диоды. Подобные диоды называются диодами Шоттки, потенциальный барьер называютбарьером Шоттки (по имени ученого В.Шоттки, впервые выполнившего исследования контактных процессов металл-полупроводник)

Выпрямляющий контакт образуется при соединении полупроводника с дырочным типом проводимости (полупроводник типа) у которого работа выхода электрона имеет большую величину, нежели работа выхода контактирующего с ним металла:

В данном случае электроны из металла проникают в материал полупроводника. В контактной области в теле полупроводника образуется пониженная концентрация основных носителей заряда – дырок, а пришедшие электроны заряжают контактный слой отрицательно. Образовавшееся приконтактное поле вытесняет из контактной области дырки и препятствует дальнейшему переходу электронов.

Следовательно повышается сопротивление контактного слоя и возникает потенциальный барьер. Данный контактный слой также является выпрямляющим. Подключение прямого напряжения увеличивает поток электронов из металла. Подключение обратного напряжения вызывает движение не основных носителей заряда через контакт –электронов из полупроводника p-типа – в металл. Ввиду малой концентрации не основных носителей плотность этого тока невелика.

Диоды Шоттки являются высокочастотными, так как в них потенциальный барьер образуется изменением концентрации основных носителей для контактирующего полупроводника, а не основные носители не принимают участия в данном процессе. Поэтому отсутствуют процессы рассасывания не основных носителей, что и является основным фактором, обеспечивающим более высокое быстродействие диодов Шоттки по сравнению с диодами на основе электронно-дырочных переходов (переходов).