Переход металл - полупроводник

Если работа выхода из металла больше чем у полупроводника, то в полупроводнике образуется протяженный (1000 слоёв) запирающий слой

Напряженность поля в запирающем слое:

Напряжённость поля велика, но всё же на три порядка меньше чем у атома. Это поле не изменит структуру энергетических зон, но поведет к их искривлению.

W x W

W_Ф П

W_Ф W_Ф

В

Для металла Для полупроводника

n типа

где d – переходный слой (толщина)

Уравнение Пуассона: (1)

Поскольку ось х перпендикулярна переходу

решим это уравнение при следующих граничных условиях

; (2)

44

Получим дифференциальное уравнение в частных производных

(3)

ρ=q*N, ρ – плотность заряда, N – число зарядов в еди-нице объёма

(4) интегрируем по х

воспользуемся граничными

условиями (2)

или проинтегрируем по х

Изменение Е с расстоянием

С₂ = 0

ширина переходной зоны

закон параболический

ε	U	N	D
10	1	10^24	3*10^-7
		10^22	3*10^-6
		10^20	3*10^-5

Пусть приложено внешнее поле

+∆U d увеличивается обратное направление

-∆U d уменьшается прямое направление

Вах перехода

;

; не линейная зависимость

- ток через переход металл – полупроводник при отсутствии внешнего поля

- проводимость

При наличии поля - прямое направление

;

45

i

U

Диоды, использующие переход металл – полупровод-

ник называются диодами Шотки. Обладают положи- тельными качествами: высокое быстродействие, малая инерционность. Используются в схемах автоматики, электроники, вычислительной техники.

Если работа выхода из металла меньше чем из полупроводника. То это Омический переход. Там запирающий слой не появляется. Электроны там переходят из металла в полупроводник, а в металле свободных электронов очень много и изменение их количества ничтожно. Поэтому переход не изменяет своей проводимости.

С помощью него делают контакты, именно он самый надёжный.

Требования к Омическому переходу:

1) быстродействие (различие в работах выхода должно

быть мало),

2) малое сопротивление перехода,

3) должен быть линейным

P-n – переход

Он возникает на контакте полупроводников р и n типа. Это так называемый металлургический контакт (кон-

такт двух элементов, характер примеси которых различен). Он создается либо вплавлением, либо диффузией, либо наращиванием. При создании перехо-

да (контакта) возникает двойной электрический слой и контактная разность потенциалов.

При приложении разности потенциалов в прямом направлении контактная разность потенциалов уменьшилась, и пошёл ток. 46

Зависимость концентрации от расстояния для акцепто-

ров и доноров.

х

необязательно одинаковы

х

х

- толщина перехода для контакта

металл – полупроводник

Для двух полупроводников

добавляется для внешней разности потенциалов

Ёмкость перехода:

Вольт – амперная характеристика p-n перехода

Общий ток:

где V – скорость движения носителей, τ – время жизни электрона

Пробой p-n – перехода

1) Тепловой пробой (пробой Френкеля). Повышают 47 температуру и, если тепло отводится от проводника недостаточно интенсивно, ток возрастает. Ток возрас-

тает - температура ещё больше повышается. Темпера-тура повышается, ток возрастает и происходит пробой

а) помещают на плату

б) принудительное охлаждение

в) охлаждают проточной водой (прикрепляют полупроводник к специальному охладителю, через который протекает вода.

2) Ударный пробой – по мере роста разности потенци-алов растет энергия, приобретаемая электроном на

длине свободного пробега. При некоторой разности потенциалов, энергия электрона оказывается достаточ-ной для ударной ионизации нейтральных атомов. Ток начинает расти, происходит пробой.

3) Эффект Зиннера – пробой происходит за счет туннельного эффекта.