Пасынков.Полупроводниковые приборы (В.В. Пасынков, Л.К. Чиркин - Полупроводниковые приборы), страница 15

Основным методом формирования гетероструктур является метод эпитаксиальиого наращивания полупроводниковых кристаллов. Все рассмотренные ранее виды электрических переходов (р-л-переход, л-л+-переход, р-р+-переход, переход Шотки) можно считать частными случаями обшего вида электрических переходов — гетероперехода. 70 е 2.11. свояства и пдэаметвы ОМИЧЕСИИХ ПЕРЕХОДОВ Требования к омическим переходам Омические переходы имеют очень большое значение в полупроводниковых приборах и при проведении исследований полупроводников.

Основное назначение омических переходов — электрическое соединение полупроводника с металлическими токопроводящими частями полупроводникового прибора. Омнческих переходов в полупроводниковых приборах больше, чем выпрямляющих. Случаи отказов н производственного брака полупроводниковых приборов из-за низкого качества омических переходов довольно часты. При разработке полупроводниковых приборов создание совершенных омических переходов нередко требует ббльших усилий, чем создание выпрямляюших переходов. Несмотря на это, теория омических переходов разработана слабее, чем теория электронно-дырочных переходов, а формирование омических переходов часто основано иа эксперименте. Омический переход оказывает меньшее отрицательное влияние на характеристики и параметры полупроводникового прибора при следующих условиях: 1) если отсутствуют инжекция иеосиовных носителей заряда через омический переход в прилегаюшую область полупроводника и накопление иеосиовиых носителей в омнческом переходе или вблизи него; 2) при минимально возможном падении напряжения на омическом переходе, т.

е. при минимальном его сопротивлении; 3) если ВАХ омического перехода лииейна, т. е. если омический переход действительно является омическим. Параметры омических переходов Чтобы можно было установить, насколько омический переход удовлетворяет предъявленным к нему требованиям, и чтобы можно было сравнивать разные омические переходы между собой, надо ввести количественные параметры, характеризующие эти переходы. Скорость рекомбинации иа омическом переходе. Скорость Рекомбинации на омическом переходе показывает, насколько концентрация носителей заряда вблизи него может отклоняться от равновесной концентрации.

Скорость рекомбинации на омическом переходе вводят аналогично скорости поверхностной рекомбинации (см. (1.36)] как отношение плотности потока носителей заряда через переход к избыточной концентрации этих носителей у перехода, т. е. эр —— Фр/(р,р — ро). 7! Размерность скорости рекомбинации на омическом переходе та же, что и размерность скорости движения, так как плотность потока носителей — это произведение концентрации на скорость (Фр=рпр). Очевидно, что чем больше скорость рекомбинации, тем меньше при данном потоке носителей заряда отклонение концентрации носителей от равновесной, тем выше качество омического перехода. При большой плотности потока носителей заряда граничная концентрация существенно превышает равновесную концентрацию тех же носителей (р„р»ро), так как скорость движения носителей ограничена. Следовательно, фр Р„рар Р Р р — Рэ Рм — Ре тР ,ч) Таким образом, скорость рекомби- 5 нации на омическом переходе не пре- 5 восходит скорости движения носителей у заряда.

Если перенос носителей заряда к переходу вызван диффузией, то скорость движения не может превзойти Р а тепловой скорости. Если перенос носителей вызван дрейфом, то скорость тоже ограничена значением максимальной скорости, имеющей порядок тепловой скорости (см. 9 .Ю). Рнс. 2.!9. Заанснмость гра- Итак, скорость рекомбинации на телей заряда около омаче- омическом переходе не прввосходит ского перехода от потока нлн тепловой скорости движения носителей от плотности тока этих носи- заряда Это имеет практическое значение, так как нет смысла пытаться совершенствовать омические переходы, скорость рекомбинации на которых у приближается к максимально возможной. На рис.

2.19 показаны зависимо- и Дду сти граничной концентрации носителей заряда около идеального омического перехода с бесконечно большой скоростью рекомбинации (!), для реального омического перехода со скоростью реРнс. 2.20. Определенне паде- комбинации, равной максимально возннп напряжения на переходе можной скорости движения носите- путем экстраполнпнн распре- лей (2), и для реального омического деленна потенпнала н полУ перехода со скоростью рекомбинации, проводнике не превышающей максимальной скорости движения носителей (3). Сопротивление омнческого перехода. Сопротивление омиче.

ского перехода — это отношение падения напряжения на переходе к проходящему через него току: )~„„„„= А(.7!А 72 Чем меньше сопротивление омического перехода, тем он лучше. Для выяснения смысла падения напряжения на омическом переходе проделаем мысленно следующий опыт. Пусть через омический переход между полупроводником в виде призмы или цилиндра и металлическим электродом проходит ток (рис. 2.20).

Потенциал в полупроводнике должен распределиться линейно. В этом можно убедиться, выполнив измерения с помощью зондов. Если одни из зондов поставить на металлический электрод, то полученное значение потенциала не попадает на линейную зависимость. Под падением напряжения на переходе следует понимать отклонение напряже- йт Ю ния иа металлическом электроде от ЗиаЧЕИИя, ПОЛуЧЕНИОГО ПУТЕМ ЭКСтРаПО- Рнс 22Ь ВАХ омнческнх ляции распределения потенциала в пер ходок: ПОЛунрОВОдинКЕ. При ПрахтИЧЕСКОМ и — амнческнй переход, абла- дэюшнй некатармм эффентан ОнрвдЕЛЕНИИ ПадЕНИя НанряжЕНИя На нипрнмленнн; б — амнческнй переходе не обязательно иметь полу переход с сапраеннленнем ээ проводник в форме призмы нлн цн энснщнн ае нрнлаженнага налиндра, необходимо только установить реальное распределение потенциала з нем для возможности экстраполяции, Сопротивление омического перехода зависит от его площади.

Поэтому можно сравнивать переходы с одинаковой площадью или ввести удельное сопротивление омического перехода, апре. делив его как отношение падения напряжения на переходе к плотности проходящего тока: е...„= лиуу. (2.44) Размерность удельного сопротивления омического перехода— Ом см'. Сопротивление перехода связано с удельным сопротивлением перехода: )ее .п а ма .пер/~ ° Параметры линейности. В зависимости от того, какие требования предъявляются к линейности вольт-амперной характеристики (ВАХ) омического перехода и каков вид нелинейности, ее можно характеризовать и оценивать по-разному.

Если реальный омический переход обладает эффектом выпрямленна (рис. 2.2Е а), то нелинейность ВАХ можно оценивать коэффициентом выпрямления, т. е. отношением прямого тока к обратному прн равных значениях приложенного прямого и обратного напряжений. Идеальный омическин переход должен иметь коэффициент выпрямления, равный единице. 73 Нелинейность симметричной ВАХ омического перехода (рис.

2.21, б) можно оценивать коэффициентом нелинейности— отношением статического сопротивления к дифференциальному при заданном значении постоянной составляющей тока через переход. Идеальный омический переход с линейной ВАХ будет иметь коэффициент нелинейности, равный единице. Структура реального невынрямляющего контакта Структура реального невыпрямляющего контакта в полупроводниковых приборах, удовлетворяющая перечисленным требованиям, имеет сравнительно сложное строение и состоит из нескольких последовательно соединенных омических переходов (рис. 2.22). Для меньшей вероятности накопления неосновных носителей заряда около омического перехода между металлом и полупроводником ?7 высота потенциального барьера для 1 неосновных носителей заряда должна Л+ 1 Л быть здесь по возможности меньшей.

Поэтому металл желательно подобрать ° г э.< ° *.. личалась от работы выхода электронов в полупроводнике (см. $2.10). Так как это обеспечить трудно, то поверхностный слой полупроводника должен быть сильно легнрован соответствующей примесью для обеспечения возможности туннелирования носителей заряда сквозь тонкий потенциальный барьер. Вблизи омического перехода между полупроводниками с одной электропроводностью, но с разной степенью легнрования, также может происходить накопление неосновных носителей заряда (см. $2.9). Для меньшего влияния этого эффекта на характеристики и параметры полупроводникового прибора целесообразно в поверхностный слой полупроводника ввести примеси рекомбинациоиных ловушек (напрнмер, золото), что уменьшит время жизни носителей заряда в этой части структуры. При малом времени жизни накопленные носители заряда будут быстро рекомбинировать, т.

е. процесс их рассасывания меньше будет сказываться на характеристиках и параметрах прибора. Однако в реальных невыпрямляющих контактах часто образуются различные промежуточные слои, ухудшающие свойства омических переходов. Поэтому окончательную доработку технологии их изготовления проводят экспериментально. Рис. 2.22. Структура реаль ного иевыпрямляющего кои такта с последовательно сое дипекцымв омическимк пс реходами Контрольныб вопросы Что гкпое злемгроппо-Лырочвыц переход". 2. Как и <ючему иьмеияется высота п<пспкиальиого барьера р-и-перехода с измепещ<ем температуры и коицеитраиии примесей а прилегщощик к переходу облэсзих7 3.

Что < ко пэвк кцнв и эк трщпп и <еосцов< ых иосителей заряда? 1, От чего зависит и чем определяется концентрация иеосповных иосителеи заряда па граппцэх р-и-перехоля? 5. Ккк можно зяппскть условие элекзрпческой нейтральности д-п-<герехода и жэков физический смысл этого условия? 6. Как распределяются папрюаепкость электрического поля и потенциал в резком и в плавном р-я-переходах? 7 Кам пзмеипе<си золщина резкого и я.<авпого р-я-переходов при и.змеиеиии приложеиипго папряжеиии? Х. Что такое барьерная емкость р-я-перехола? У.