Шишкин Г.Г., Шишкин А.Г. - Электроника (1006496), страница 12
Текст из файла (страница 12)
Кроме того, вобедненном слое полупроводника происходит тепловая генерациясвободных носителей, что та:кЖе увеличивает обратный то:к.Переходы металлполупроводн:И:к (:контакт Шотт:ки) отли-чаются от р-п-стру:ктур отсутствием накопления неосновныхносителей при переменных процессах и высоким быстродействием.Омический контакт. Омический :контакт формируется переходом металл-полупроводник и характеризуется очень малымсопротивлением и линейной БАХ. Б хорошем омическом :контакте падение напряжения при пропускании через него требуемого то:ка должно быть достаточно мало по сравнению с падением напряжения на активной области прибора.
Наиболее важнойхара:ктеристи:кой омического :контакта является дифференциальное сопротивление при нулевом смещении RкБ :контакте металл=(dU/dl)/u=o·-полупроводни~ с относительно низкимуровнем легирования (Nд < 10 17 см- 3 ) преобладает термоэлектронная :компонента то:ка. Для получения малых Rк в соответствии с выражением(2.32) нужно изготавливать:контакт с малойвысотой потенциального барьера.
При высокой степени легирования полупроводника (Nднельная> 1019 см- 3 )будет преобладать тун:компонента то:ка и удельное сопротивление контактаэкспоненциально зависит от параметра <flп,pl ,JN;,. Поэтому дляполучения малых Rк нужны :ка:к высокая степень легирования,так и малая высота потенциального барьера. Б широкозонныхполупроводниках, напримерGaAs,трудно изготовить :контакт смалой высотой барьера при большой работе выхода из металла,вследствие чего для изготовления омических :контактов создаютдополнительный высоколегированный слой на поверхности полупроводника.Раздел641.ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРИБОРЫ2.7.ГетеропереходыГетеропереход в общем случае может быть определен как граница раздела между двумя различными веществами (в частности,полупроводниками) с разной шириной запрещенной зоны.
Еслидва рассматриваемыхполупроводника имеютодинаковыетипыпроводимости, то переход называется изотипным гетеропереходом,в противном слуЧае он называется анизотипным. Анизотипные гетеропереходы,как и гомопереходы,разделяются на п-р- и рп-типа и являются структурами с неосновными носителями. Донастоящего времени, в противоположность гомопереходам, не существует моделей, объясняющих все физические явления в гетеропереходах, поскольку в них свойства границы раздела сильноизменяются от материала к материалу и в значительной мере зависят от технологии изготовления. Существующие модели анизотипных гетеропереходов могут рассматриваться как обобщение общепринятой модели гомопереходов.
Типичные диаграммы энергетическихзон двух различныхполупроводников р-ип-типов доконтакта и резкого р-п-гетероперехода после тесного контактав равновесном состоянии приведены на рис.2.16,а, б.Оба полупроводника имеют различные значения ширины запрещенной зоны ЛЕ 31 , 2 , относительной диэлектрической проницаемости е 1 2 , работы выхода qq> 1 2 и электронного сродства Х 1 , 2 (индек~ «1» на рис. 2.16 отн~сится кр-области, «2» к п-области).Как отмечено в п.2.6,электронное сродство и работа выхода определяются как энергии, необходимые для удаления электронасоответственно со дна зон~1 проводимости Еп (Еп 1 или Еп 2 нарис.2.16)и с уровня Ферми ЕФ (ЕФ 1 или ЕФ 2 на рис.вень вакуума Евак (см. рис.2.16)2.16)на уроили на расстояние от поверхности, большее радиуса действия сил зеркального изображения, номеньшее размеров образца.
За счет различной ширины запрещенных зон и диэлектрических проницаемостей контактирующих полупроводников на металлургической границе перехода наблюдаются разрывы в энергетических уровнях зоны проводимости (ЛЕп)и валентной зоны (ЛЕв), причем ЛЕп =q(X 1 -х 2 ) определяется разностью энергий электронного сродства двух полупроводников, аЛЕв= (qX 2 + ЛЕ 32 )-(qх 1 + ЛЕ 31 ) = q(X2 -Х 1 ) + (ЛЕ 32 -ЛЕ 31 ) включаеттакже соответствующую разность для ширины зон проводJ'lмости.В рассматриваемом типе гетероперехода обедненные слои образуются на каждой стороне от границы раздела, и, если не учиJтывать влияния границы раздела, объемные заряды этих слоевГлава2.65Контактные явления в полупроводниках11Е---Евак1--~-~--1111q<pl1Еп11_,,_.....__ __._ЛЕП1ЛЕз2ЕФ1:Е.1ЛЕ.j_, .
. . 1- - - - - - . . -11х11Е- - - - -.......-Е.2а)------.......Евакl111q<pl1Епllг+-""---~-+-. . .q<pDl1ЕФ1~I~------+-----~---Е"2Е.1ЕФ2111111хб)Рис.2.16противоположны по знаку и равны по величине, как и для гомоперехода.Полная контактная разность потенциалов есть Ф = <р 1 -=ч>и+ ч>и (см. рис. 2.16, б), где ч>и и ч>и -потенциалыравновесногосостояния<р 2 =электростатическиесоответствующихполупроводников.Обобщая решение(см.
п.2.2),уравнения Пуассона длягомопереходаможно получить размеры обедненных областей скаждой стороны границы раздела резкого р- п-гетероперехода:(2.33)(2.34)3 - 6779Раздел66где индекс«1 »1.ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРИБОРЫотносится к р-полупроводнику, ак п-по«2 » -лупроводнику.Провод.я операции, аналогичные проведенным для р-п-гомоперехода (см. п.2.4),получим выражение для барьерной емкости равновесного р-п-гетероперехода(2.35)гдеS -площадь перехода.Б случае неравновесного перехода в выражениях(2.35)(так же как и в формулах(2.12)и(2.26)(2.33)-для гомоперехода) необходимо вместо Ф подставить разность Ф-И, где И-приложенное к переходу напряжение.Б предположении, что вследствие разрывов краев зон на границе раздела диффузионный ток обусловлен электронами (это справедливо для рассматриваемых переходов из-за меньшего потенциального барьера для электронов, чем для дырок), БАХр-п-гетероперехоДа может быть описана следующим выражением:I =А ехр (-qq>D2/(kT)) [ехр (qU 2 /kT)- ехр ((-qU1/(kT))],где И 1 и И 2 -(2.36)составляющие приложенного напряжения И,приходящиеся на полупроводники р- и п-типов, А= SqXNд 2 хх (Dn 1 /'tn 1 ) 112 , Х-границу раздела,коэффициент пропускания электронов черезDn 1и 'tni -соответственно коэффициент диффузии и врем.я жизни электронов в полупроводнике р-типа.Первый член в квадратных скобках в формулеляет ток при прямом смещении, а второй-(2.36)опредепри обратном.
Энергетическая диаграмма перехода при прямом смещении приведена на рис.2.17.Рассмотренная модель достаточно грубо описывает реальнуюБАХ, однако, изменяя коэффициент А (за счет варьированияпрозрачности барьера, т. е. коэффициента пропускания электронов через барьер) и соотношение между И 1 и И 2 , можно получить удовлетворительное совпадение расчетных и экспериментальных данных. Для объяснения расхождения теории и эксперимента и учета других механизмов переноса носителей былиразработаны эмиссионная, эмиссионно-рекомбинационная, туннельная и туннельно-рекомбинационн'ые модели.
Однако и онине позволяют в полной мере с хорошей точностью описать БАХГлава2.67Контактные явления в полупроводникахЕ-1---...,...-.Еп1-.......ЛЕз1Е,1---------.._-------.....1.-Е.2Рис.2.17гетеропереходов. Б различных условиях и для различных переходов могут доминировать те или иные процессы или их совокупности.Однако следует отметить, что модели на основе туннельногопереноса электронов через барьер точнее и лучше других моделей описывают ВАХ.Б качестве примера на рис.2.18щенного анизотипного переходапоказана БАХ прямо сме(p)Ge-(n)GaAs.
Из-за использования полулогарифмического масштаба (по оси ординатгарифмический масштаб, а по абсцисс-лолинейный) экспоненты-вырождаются в прямые линии.При комнатной температуре иj, А/см 2ниже можно выделить две области на БАХ. Так, при И< 0,3 Би1основной вклад в10-1ток дает рекомбинационный ток.10-2При10-3при Т =И298 К;;:. 0,3 Бтуннелированиемтокобусловленэлектроновчерез переход.Обратные характеристики переходов типамалыхт. е.I 06 Pнапряжениях-прилинейны,И, а при больших на-пряженияхДля(p)Ge-(n)GaAsI 06P -другихuт, где ттипов> 1.переходов обратные характеристики дляз·10-410-510-610- 110-в10-9о0,2Рис.0,42.180,6и, вРаздел681.ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРИБОРЫп-р и р-п-гетеропереходов часто описываются соотношениемтипаJ 06 P ~ехр [А(Ф- U)- 112 ],(2.37)где коэффициент А не зависит от температуры. Такое поведениехарактерно для туннельных токов.Выражение для емкости анизотипного перехода в зависимости от приложенного напряжения (ВФХ) легко получить прос(2.35) и2.2 и 2.4)тым обобщением формулыдля гомоперехода (см.
п.1Сбар 1 -[qE1E2NдNaEo ]1/22-(E2Nд+E1Na)метода вычисления емкости(Ф-U)-1/2(2.38)S.Из этого выражения видно, что зависимость Сба2р от приложенного обратного напряжения линейна и ее экстраполяция наось напряжений (напряжение отсечки) дает контактную разность потенциалов, что и используется часто для определенияФ. Линейность ВФХ указывает на то, что гетеропереход является резким.Изотипные резкие п-п- и р-р;гетеропереходы являются,подобно контактам Шоттки (см. п.2.6),устройствами с основными носителями тока. Следовательно, в отличие от анизотипных гетеропереходов,в изотипныхвклад неосновных носителей в электрический ток пренебрежимо мал.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
