21. Полупроводник во внешнем электрическом поле.
Рассмотрим п/п-к во внешнем эл. поле
К п/п прикладываем полож. заряженную пластинку из метала. У поверхности п/п-ка будет возникать объемный отриц. заряд.
За счет эл. поля в п/п-ке
Уровень ферми не искривляется, при этом смещается в сторону дно Ес. Если в п/п F находится глубоко, он не выйдет в Ес.
Если выйдет – то п/п станет вырожденным.
Если поменяем полярность U, то
Изгиб
– там, где есть эл. поле. Если в глубине
п/п F
был ближе к Ес
(п/п n-типа),
то вблизи границы F
может стать ближе к Ev
(п/п р-типа).
слой,
в котором свойства п/п-ка близки к
свойствам проводника собственной
провод. (
физический
p-n
переход)
Рассмотрим уравнение Пуассона
Концентрация электронов в зоне проводимости
Рассм. случай слабого искривления энергетических зон (малое поле) =>
kT при комнатной T
эВ
;
эВ
,
–???
лина экранирования
С найдем из граничных условий (на поверхности п/п)
,
Чем
больше концентрация электронов, тем на
меньшее расстояние эл. поле проникает
в глубь п/п. (для металлов
– расстояние между узлами крист.
решетки )
22. Контакт метал-полупроводник. Омический контакт
Е0 – уровень вакуума (при такой Е электроны становятся свободными в следствии термоэлектронной эмиссии)
Фм – термодинамическая работа выхода из метала; Фп – термодинамическая работа выхода из п/п.
χ – внешняя работа выхода
I. В случаи: Фм > Фп
Приведем эти материалы в контакт. Начнется обмен эл-ми. Т.к. F п/п выше F м => эл. начнут переходить из п/п в м., стремясь занять положение с меньшей Е. Возникает контактная разность потенциалов. Обмен зарядами прекр., когда контактное Е уравновесит этот ток.
–
контактная
разность потенциалов
Т.к. поле в метал не проникает, то оно будет сосредоточено в п/п.
L0 – толщина области объемного заряда.
Контакт м-м используется в термопаре. При контакте п/п с металлом образуется запорный слой – слой с высоким омическим сопротивлением.
II. В случаи: Фм > Фп
Например эл. поле будет противоположным. В равновесии энерг. зоны примут вид:
В обл. L0 n будет повышено => сопр. будет меньше. Это антизапорный контактный слой (прим.: при изготовлении низкоомных конденсаторов с п/п-ми). Аналогично можно рассмотреть контакт полупроводника р-типа с металлом (искривление зон будет в другую сторону).
Рассчитаем L0 на основе ур. Пуассона (для контакта мет-п/п)
Считаем,
что
.
Тогда
Будем
считать, что
(вся
донорная примись ионизирована).
Используем начальные условия:
1.
2.
3.
2.
=>
1.
=>
3.
=>
– разность
потенциальных энергий.
Барьерная емкость контакта метал-п/п
По формуле плоского конденсатора
На единицу площади:
При приложении к контакту внешнего напряжения ее сб может возрастать или снижаться в зависимости от того, приложено обратное или прямое U.
Это явление используется в варикапах
Это уравнение прямой линии
В
координатах
,
Как правило к контакту прикладывают обратное U (иначе его сопротивление падает).
Это вольт-фарадная характеристика перехода.
.Омический контакт
О.к. – такой контакт в котором сопротивление
контактно мало и одинаково в обоих направлениях. Часто он необходим при изготовлений контакта м-полупроводник. Есть три способа достичь малого сопротивления.
1.Создать антизапорные слой в полупроводник п-тип
2.Создать контакт с плоскими зонами.
Подберем
.
Но такие материалы трудно подобрать.
Кроме того, не существует идеального проводника на его поверхности существует поверхностные электронные состояния, и (возможен захват электронов) изгиб зон всегда есть. Достигают очень малую толщину область обычного заряда. Это достигает сильным легированием полупроводника.
Может наблюдение явление тунелирование – прохождение электронов через переход без потери энергий. Электроны туннелируют в одном или другом направление.
