Краткие лекции по ЭиМ (Методичка по темам из ЭиМ), страница 8

1.23. Контакт «металл - полупроводник>, не обладающий выпрямляющим свойством1. Ам < Ап , полупроводник п-типа (рис. 1.23, а). В данном случае будетпреобладать выход электронов из металла (М) в полупроводник,поэтомувслоеполупроводникаоколограницыразделанакапливаются основные носители (электроны), и этот слойстановится обогащенным, т.е. имеющим повышенную концентрациюэлектронов. Сопротивление этого слоя будет малым при любойполярности приложенного напряжения, и, следовательно, такойпереход не обладает выпрямляющим свойством.

Его иначе называютневыпрямляющим переходом.Рис. 1.24. Контакт «металл - полупроводник>, обладающий выпрямляющим свойством2. Ап < Ап , полупроводник р-типа (рис. 1.23, б). В этом случае будетпреобладать выход электронов из полупроводника в металл, при этомв приграничном слое также образуется область, обогащеннаяосновныминосителямизаряда(дырками),имеющаямалоесопротивление. Такой переход так- же не обладает выпрямляющимсвойством.3. Ам > Ап , полупроводник п-типа (рис. 1.24, а). При таких условияхэлектроны будут переходить главным образом из полупроводника вметалл и в приграничном слое полупроводника образуется область,обедненная основными носителями заряда и имеющая большоесопротивление.Здесьсоздаетсясравнительновысокийпотенциальный барьер, высота которого будет существенно зависетьот полярности приложенного напряжения.

Если Ап >> Ам , товозможно образование инверсного слоя (р- типа). Такой контактобладает выпрямляющим свойством.Оглавление4. Ап > Ам , полупроводник р-типа (рис. 1.24, б). Контакт,образованный при таких условиях обладает выпрямляющимсвойством, как и предыдущий.Отличительной особенностью контакта «металл - полупроводник»является то, что в отличие от обычного р-п-перехода здесь высотапотенциального барьера для электронов и дырок разная.

В результате такиеконтакты могут быть при определенных условиях неинжектирующими, т.е. припротекании прямого тока через контакт в полупроводниковую область не будутинжектироваться неосновные носители, что очень важно для высокочастотных иимпульсных полупроводниковых приборов.Контакт между полупроводниками одного типа проводимостиРис. 1.25. Переход между двумя областями с одним типомэлектропроводности, отличающимися значениями концентрации примесейОбласти вблизи контакта полупроводников с одним типом проводимости,но с различной концентрацией примесей, обычно обозначают р+ - р или п+ - п переход, причем знаком « + » обозначают полупроводник с большейконцентрацией примесей.

На рис. 1.25 приведен пример контакта р+ - р , где обеобласти полупроводника обладают электропроводностью р-типа.Процессы вблизи такого контакта аналогичны происходящим в р-ппереходе, т.е. носители из области с большой концентрацией переходят в областьс меньшей концентрацией, в результате чего в области р+ возникает объемныйзаряд из нескомпенсированных зарядов ионов примеси, а в области р - объемныйзаряд из избыточных носителей - дырок, перешедших из области р+.

Появлениеобъемных электрических зарядов приводит к образованию диффузионногоэлектрического поля Cбар и контактной разности потенциалов. Но в отличие отобычных р-п-переходов здесь отсутствует запирающий слой, так как здесь неможет быть области с концентрацией меньшей, чем в слаболегированномполупроводнике. Поэтому такие контакты вентильным свойством не обладают,но зато в них при любой полярности приложенного напряжения не происходитинжекции из низкоомной области в высокоомную, что является важным длянекоторых типов полупроводниковых приборов. Аналогичные процессыпротекают в контакте п+ - п .ГетеропереходыГетеропереходом называют переходный слой с существующим тамдиффузионным электрическим полем между двумя различными по химическомусоставу полупроводниками, обладающие различной шириной запрещенной зоны.Для получения гетеропереходов хорошего качества необходимо, чтобы уматериалов, образующих переход с высокой точностью, совпадали двапараметра:температурныйкристаллическойрешетки,коэффициентчторасширенияограничиваетвыборипостояннаяматериаловдлягетеропереходов.

В настоящее время наиболее исследованными являются пары:германий - арсенид галлия (Ge - GaAs), арсенид галлия - фосфид индия (GaAs InP), арсенид галлия - арсенид индия (GaAs - InAs), германий - кремний (Ge - Si).Каждый из полупроводников, образующих гетеропереход, может иметьразличныйтипполупроводников,электропроводности.впринципе,Поэтомувозможнодлякаждойосуществитьчетырепарытипагетероструктур: р1 - п2 ; п1 - п2 ; п1 - р2 и р1 - р2 .При образовании гетероперехода из-за разных работ выхода электронов изразных полупроводников происходит перераспределение носителей заряда вприконтактной области и выравнивание уровней Ферми в результатеустановлениятермодинамическогоравновесияОглавление(рис.1.26).Остальныеэнергетические уровни и зоны должны соответственно изогнуться, т.е. вгетеропереходевозникаютдиффузионноеполеиконтактнаяразностьпотенциалов.

При этом энергетический потолок верхней свободной зоны долженбыть непрерывным. Энергетический уровень потолка верхней свободной зоныявляется энергетическим уровнем потолка зоны проводимости, т.к. свободныеэнергетические зоны перекрывают друг друга.Рис. 1.26. Зонные энергетические диаграммы гетеропереходов:выпрямляющий гетеропереход между полупроводниками р- и птипа с преимущественной инжекцией электронов в узкозонныйполупроводник (а); выпрямляющий гетеропереход междуполупроводниками п-типа без инжекции неосновных носителейзаряда (б)Ширина энергетических зон различных полупроводников различна.Поэтому на границе раздела двух полупроводников получается обычно разрывдна проводимости.

Разрыв дна зоны проводимости определяется различиемэнергий сродства к электрону двух контактирующих полупроводников (энергиясродства к электрону - разница энергий потолка верхней свободной зоны и днапроводимости).В результате разрывов дна зоны проводимости и потолка валентной зонывысота потенциальных барьеров для электронов и дырок в гетеропереходеоказываетсяразличной.Этоявляетсяособенностьюгетеропереходов,обусловливающей специфические свойства гетеропереходов в отличие р-ппереходов, которые формируются в монокристалле одного полупроводника.Если вблизи границы раздела двух полупроводников, образующихгетеропереход, возникают обедненные основными носителями слои, то основнаячасть внешнего напряжения, приложенного к структуре с гетеропереходом, будетпадать на обедненных слоях.

Высота потенциального барьера для основныхносителей заряда будет изменяться: уменьшается при полярности внешнегонапряжения, противоположной полярности контактной разности потенциалов, иувеличивается при совпадении полярностей внешнего напряжения и контактнойразности потенциалов. Таким образом, гетеропереходы могут обладатьвыпрямляющим свойством.Из-за различия по высоте потенциальных барьеров для электронов (ПБЭ) идырок (ПБД) прямой ток через гетеропереход связан в основном с движениемносителей заряда только одного знака. Поэтому гетеропереходы могут быть какинжектирующими неосновные носители заряда (рис.

1.26, а), так инеинжектирущими (рис. 1.26, б). Инжекция неосновных носителей зарядапроисходит всегда из широкозонного в узкозонный полупроводник. Вгетеропереходах,образованныхполупроводникамиодноготипаэлектропроводности, выпрямление происходит без инжекции неосновныхносителей заряда.Свойства омических переходовОсновное назначение омических переходов - электрическое соединениеполупроводника с металлическими токоведущими частями полупроводниковогоприбора. Омических переходов в полупроводниковых приборах больше, чемвыпрямляющих.Случаипроизводственногобракаиотказовработыполупроводниковых приборов из-за низкого качества омических переходовдовольно часты.

При разработке полупроводниковых приборов созданиесовершенных омических переходов нередко требует больших усилий, чемсоздание выпрямляющих переходов.ОглавлениеОмический переход имеет меньшее отрицательное влияние на параметры ихарактеристики полупроводникового прибора, если выполняются следующиеусловия: если вольт-амперная характеристика омического перехода линейна,т.е. омический переход действительно является омическим; если отсутствует инжекция неосновных носителей заряда черезомический переход в прилегающую область полупроводника инакопление неосновных носителей в омическом переходе или вблизинего; при минимально возможном падении напряжения на омическомпереходе, т.е.

при минимальном его сопротивлении.Структурареальногоомическогоконтактавполупроводниковыхприборах, в соответствии с перечисленными требованиями, имеет сложноестроение и состоит из нескольких омических переходов (рис. 1.27).Для уменьшения вероятностинакоплениянеосновныхносителейзаряда около омического переходамежду металлом и полупроводникомвысота потенциального барьера дляРис.

1.27. Структура реального невыпрямляющего контакта споследовательно соединенными омическими переходаминеосновных носителей заряда должнабыть как можно меньше. Для этогонеобходимо подобрать металл и полупроводник с равной или близкой работойвыхода электрона: Uобр и п max . Так как это трудно обеспечить, топоверхностныйслойполупроводникадолженбытьсильнолегировансоответствующей примесью для обеспечения возможности туннелированияносителей заряда сквозь тонкий потенциальный барьер.Вблизи омического перехода между полупроводниками с одним типомэлектропроводности, но с различной концентрацией примеси, также можетпроисходить накопление неосновных носителей заряда.

Для уменьшениявлияния этого эффекта на параметры и характеристики полупроводниковогоприборавповерхностныйслойполупроводникавводятпримесирекомбинационных ловушек (к примеру, золото), что уменьшает время жизниносителей заряда в этой части структуры. При этом накопленные носители зарядабудут быстрее рекомбинировать.ОглавлениеПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ДИОДЫОбщие сведения о диодахПолупроводниковый диод - это полупроводниковый прибор с однимвыпрямляющим электрическим переходом и двумя выводами, в которомиспользуется то или иное свойство выпрямляющего электрического перехода.В полупроводниковых диодах выпрямляющим электрическим переходомможет быть электронно-дырочный (р-п) переход, либо контакт «металл полупроводник», обладающий вентильным свойством, либо гетеропереход.В зависимости от типа перехода полупроводниковые диоды имеютследующие структуры (рис.