КП Филиков (Подборка образцов)

Оглавление:

Введение………………………………………………………………….….2

Цель работы………………………………………………………….……..3

Задание………………………………………………………………………3

Данные………………………………………………………………………4

Расчет положение уровня Ферми………………………………………..4

Расчет и построение энергетических диаграмм структуры при

U=0, U>0, U<0……………………………………………………………….6

Расчет зависимости ОПЗ от величины приложенного напряжения…………..……………………………………………………..7

Расчет и построение ВАХ структуры при нескольких температурах……………………………………………………………….9

Расчет и построение (x), n(x), E(x), (x), C=f(x)………………………11

Описание инжекционной способности полученного перехода…...…14

Выбор соответствующего материала для создания омического контакта к полученной структуре………………………………………………….15

Выбор соответствующего металла для создания запорного слоя.….16

Введение:

Контакты полупроводников с металлом играют важную роль в полупроводниковых приборах; они участвуют практически во всех исследованиях физических свойств полупроводников. В одних случаях такие контакты являются активными элементами, определяющими полезные свойства полупроводникового прибора, в других — пассивными, роль кото­рых сводится к подведению электрического тока. Однако и в этом случае их влия­ние может быть существенным: так, например, они обусловливают рекомбинацию, шумы и т. п.

До недавнего времени, несмотря на большое число теоретических и экспери­ментальных исследований контактов, физическая интерпретация работы контакта металл — полупроводник оставалась в значительной мере неудовлетворительной. В последние годы были выяснены особенности реального контакта металл — полу­проводник, которые отличают его от ранее рассматривавшегося идеализированного случая. К таким особенностям прежде всего следует отнести наличие переходного слоя между металлом и полупроводником (диэлектрического зазора), а также поверхностных электронных состояний на границах раздела фаз и в объеме переходного слоя.

Контакты металл - полупроводник широко используются для выпрямления тока, в качестве одного из основных элементов полупроводниковых СВЧ-устройств, а также для исследования фундаментальных физических параметров полупроводниковых материалов. Такие контакты могут использоваться как затворы в полевых транзисторах, в качестве стока и истока в МОП-транзисторах, электродов в мощных ЛДП-генераторах, третьего электрода в приборах, основанных на междолинных переходах, как фотодетекторы и солнечные элементы.

Целью данного проекта рассчитать основные физические параметры структуры.

Цель работы: исследование контакта металл - полупроводник и расчет его физических параметров.

Задание:

1. Рассчитать положение уровня Ферми

2. Рассчитать и построить энергетические диаграммы структуры при

U=0, U>0, U<0

3. Рассчитать и построить зависимость ширины ОПЗ от приложенного напряжения.

4. Рассчитать и построить вольт-амперную характеристику (ВАХ) структуры при нескольких температурах

5. Рассчитать и построить (x), n(x), E(x), (x), C=f(U)

6. Описать инжекционную способность полученного перехода

7. Выбрать соответствующий материал для создания омического контакта к полученной структуре

8. Выбрать соответствующий металл для создания запорного слоя

Данные:

Материал: Si “n” типа

Удельное сопротивление: _n=20 Ом*см

Дрейфовая подвижность электронов: _n=1200 см²/В*с

Заряд электрона: q=1.6*10^-19 Кл

Постоянная Больцмана: к=8.625*10^-5 эВ/К

Электронная постоянная: =8.854*10^-14 Ф/см

Диэлектрическая проницаемость: =11.7

1. Расчет положения уровня Ферми.

(энергетическая диаграмма структуры при U=0)

Приведем металл и полупроводник в контакт друг с другом, так чтобы через контакт мог протекать электрический ток. Если просто прижать друг к другу кусок металла и кусок полупроводника, то тесное соприкосновение происходит не по всей поверхности, а в отдельных ее точках. Однако, например, при напылении металла на полупроводник в вакууме или при пайке контакт обеспечивается практически по всей поверхности.

Итак, через контакт течет ток. В металле заряд будет скапливаться на поверхности металла, а в полупроводнике проникает на значительную глубину.

При работе выхода из Ме большей, чем из п/п, электроны из п/п уходят и в обедненном слое заряд положительный, обусловленный ионизированной примесью.

Возникшее поле контактной разности потенциалов достаточно большое, накладывается на поле атомов в решетке. Но по сравнению с полями атомов это поле слабое. Оно не может изменить структуру энергетических зон, например ширину запрещенной зоны, внешнюю работу выхода, а лишь искривляет зоны. В данном случае дно зоны проводимости искривляется вверх на величину (x). На такую же величину искривляется и верхняя граница заполненной зоны, так что ширина запрещенной зоны не меняется.

Так как в состоянии равновесия уровень химического потенциала во всех частях системы проходит на одной высоте, то его положение не изменяется и изображается по-прежнему прямой линией. Следовательно, расстояние от дна зоны проводимости до уровня химического потенциала теперь уже неодинаково в разных точках.

Расстояние от дна ЗП до уровня химического потенциала в глубине п/попределяется из условия нейтральности п/п.

Зависимость подвижности носителей заряда от температуры (приведено значение для температуры T=300⁰K)

Зависимость концентрации донорной примеси от температуры (приведено значение для температуры T=300⁰K):

Зависимость собственной концентрации от температуры (приведено значение для температуры T=300⁰K):

Р

ассчитаем расстояния от уровня Ферми до середины запрещенной зоны и контактную разность потенциалов, которая в данном случае равна полученной величине.

Полученная величина характеризует положение уровня Ферми относительно середины запрещенной зоны (см. Рис.1.) и характерно для Si n-типа.

2. Э Н Е Р Г Е Т И Ч Е С К И Е Д И А Г Р А М М Ы

П

Р И U=0, U>0,U<0.

Рис 1.

На Рис. 1 представлена энергетическая диаграмма, которая характеризует изгиб энергетических уровней при термодинамическом равновесии,

где Eg-ширина запрещенной зоны,

Ec-энергетический уровень зоны проводимости

Ev-энергетический уровень валентной зоны

Ef-уровень Ферми

Ei-середина запрещенной зоны

k-высота потенциального барьера

Величина Ef-Ei показывает положение уровня Ферми относительно середины запрещенной зоны.

Рис. 2

Н
а Рис. 2 представлена энергетическая диаграмма, которая характеризует изгиб энергетических уровней при обратном смещении (U<0), что в свою очередь привело к увеличению потенциального барьера до величины Vb+U, где U – величина приложенного напряжения.

Рис. 3

На Рис. 3 представлена энергетическая диаграмма, которая характеризует изгиб энергетических уровней при прямом смещении (U>0), что в свою очередь привело к уменьшению потенциального барьера до величины Vb-U, где U-величина приложенного напряжения.

3. З А В И С И М О С Т Ь Ш И Р И Н Ы О П З О Т В Е Л И Ч И Н Ы

П Р И Л О Ж Е Н Н О Г О Н А П Р Я Ж Е Н И Я.

Для нахождения зависимости распределения потенциала запишем уравнение Пуассона:

Предположим, что вся примесь ионизирована, тогда

П
ерепишем уравнение Пуассона:

Общее решение будет:

Г
раничные условия:

при x=d

п
ри x>d

При А, В=0 имеем:

О
тсюда найдем значение ширины области пространственного заряда (толщину обедненного слоя):

где ε0 – диэлектрическая постоянная

U – приложенное напряжение

ε = 11.7

Данное выражение справедливо для полупроводника с равномерным распределением примеси. Расчет производился для температуры T=300⁰K.

энергия сродства е для кремния:

работа выхода платины:

Контактная разность потенциалов:

Еf = 0.56 + 0.272 = 0.832 эВ

Рис. 4

На рис. 4 представлена зависимость ширины ОПЗ от приложенного напряжения. При увеличении прикладываемого напряжения ширина ОПЗ уменьшается.

5. В О Л Ь Т-А М П Е Р Н А Я Х А Р А К Т Е Р И С Т И К А

С Т Р У К Т У Р Ы.

Рассчитаем вольтамперную характеристику структуры по теории термоэлектронной эмисии ( в полупроводниках с высокой подвижностью и умеренной концентрацией примеси применима эта теория ).

П
лотность обратного тока: