Пасынков.Полупроводниковые приборы (1084497), страница 14
Текст из файла (страница 14)
Перераспределение электронов в металле происходит в очень тонком слое, сравнимом г межатомиым расстоянием. В зависимости от типа электропроводности полупроводника н от соотношения работ выхода в полупроводнике может возникать обедненный, инверсный или обогащенный слой (рис. 2.!5). Если Раббота выхода в металле меньше работы выхода в полупровод- 65 нике (А„(А„), то электроны с большей вероятностью будут переходить из металла в полупроводник. Это приводит к образованию в полупроводнике обедненного слоя, если полупроводник р-типа (рнс.
2.15, а), илн даже инверсного слоя, если А„ «А„ (рис. 2.15, 6). Если полупроводник л-типа, то образуется обогащенный слой (рис. 2.15, в). При противоположном соотношении работ выхода (А„= А„) в полупроводнике л-типа получается обедненный или инверсный слой, а в дырочном — обогащенный.
ВВееещенньгй дней обедненный елен Мнберенин сееВ Обедненный елей Рис. 2.16. Образование обедненного (а), инверсного (б) и обогащенного (в) слоев в полупроводнике вблизи металлургического контакта с металлом при работе выхода в металле меньше, чем в полупроводнике и) В) В) Рис. 2.!6. Изменение высоты потенциального барьера иа выпрямляющем ненижектирующем переходе между металлом и полупроводником при изменении внешнего напряжения: а — внешнее иаяряжеиие огсугсгауег; б — внешнее яапряжеиие пря- мое; в — аае~ияее напряжение обрагиое В обедненных слоях пространственный заряд формируется в результате нарушения компенсации заряда ионизнрованных примесей основными носителями, а в обогащенных — нз-за накопления основных носителей заряда. Обогащенный слой обусловливает малое сопротивление прнконтактной области полупроводника по сравнению с сопротивлением объема полупроводника.
По- бб этому такой переход не обладает выпрямляющимн свойствами. При наличии обедненного нли инверсного слоя переход Шотки обладает выпрямляющими свойствами, так как внешнее напряжение, падая в основном на высокоомном переходе, будет изменять высоту его потенциального барьера, изменяя условия прохождения носителей заряда через переход.
Характерной особенностью выпрямляющего перехода Шотки в отличие от р-л-перехода является разная высота потенциальных барьеров для электронов и дырок. В результате через переход Шоткн может не происходить ннжекции неосновных носителей заряда в полупроводник. Рассмотрим рис. 2.16. При включении такого перехода в прямом направлении (рис. 2.!6, 6) высота потенциального барьера для дырок (ПБД) в приконтактной области полупроводника понижается, дырки будут переходить из полупроводника в металл. Чем больше прямое напряжение, тем больше вероятность такого перехода дырок.
Однако при этом высота потенциального барьера для электро- В)р нов (ПБЭ), которые могут двигаться нз металла в полупроводник, остается еще относительно большой. Поэтому поток электронов из металла в полупроводник будет относительно малым, т. е. практически не будет ннжекцин неосиовных носителей заряда в полупроводник. Рис. 2.17. Накопление иеос- Прн другой полярности внешнего иовиых носителей заряда напряжения (при обратном напряже- (дырок) вблизи омического нии) потенциальный барьер для дырок ерехода между металлом и повышается (рис, 2.16, в) и их двнже- полупроводником прн палкине через переход прекращается. Длн неосновных носителей заряда (для электронов в данном примере) поле в переходе оказывается ускоряющим.
Поэтому, проходя через переход, неосновные носители заряда образуют обратный ток, который будет мал изза малой концентрации неосновных носителей в полупроводнике. Если разница в работах выхода велика, то в приконтактной области полупроводника образуется инверсный слой (см. Рнс. 2.!5, 6). В этом случае прн малых прямых напряжениях через такой переход будет происходить инжекцня неосновных носителей заряда из инверсного слоя в прилегающий объем полупроводника.
Прн больших прямых напряжениях инверсный слой может исчезнуть. В омнческих переходах, образованных в результате контакта между металлом и полупроводником, может происходить накопление неосновных носителей заряда нз-за образования потен- б7 циальной ямы для неосновных носителей в приконтакной области полупроводника (рис. 2.!7). Такое явление, как отмечалось в $2.9, может влиять на быстродействие полупроводниковых приборов.
Для устранения этого явления необходимо устранить потенциальный барьер на контакте металл — полупроводник путем подбора контактирующих пар материалов с одинаковыми работами выхода. Однако практически это неосуществимо из-за ограниченного набора материалов и необходимости подбирать металл заново для каждой концентрации примесей в полупроводнике и для каждой температуры. Для исключения эффекта накопления неосновных носителей заряда в полупроводнике около контакта можно провести дополнительное легирование приконтактной области полупроводника. Потенциальный барьер при этом остается, но его толщина будет очень малой из-за сильного легирования прикоитактной области полупроводника. Малая толщина потенциального барьера обеспечит возможность туннелирования неосновных носителей заряда в металл из потенциальной ямы в полупроводнике.
! эль гвтвропарвходы Гетероперекодом называют переходный слой с существующим там диффузионным электрическим полем между двумя различными по химическому составу полупроводниками. При образовании гетероперехода из-за разных работ выхода электронов нз разных полупроводников происходит перераспределение носителей заряда в приконтактной области и выравни- л! Рис. 2Л8. Эиергетипеские диаграммы гетеропере- ходпв: а — аыпрямляюнснй гетероперехоа между полупровод никами с электропроводностью р.
н и типа с пренму жествонной ннжекпней электронов в узкозонный полу. проводник; б — выпрямляющнй гетеропереход междч полупроаодннкамн с электропроводностью и типа без ннжекпнн неосновных носителей заряда б8 ванне уровней Ферми в результате установления термодииамического равновесия (рис. 2.! 8) . Все остальные энергетические уровни и зоны должны соответственно изогнуться, т. е. в гетеропереходе возникают диффузионное электрическое поле н контактная разность потенциалов. При этом энергетический уровень потолка верхней свободной зоны должен быть непрерывным. Обычно энергетический уровень потолка верхней свободной зоны является энергетическим уровнем потолка зоны проводимости, так как свободные энергетические зоны перекрывают друг друга.
Контактная разность потенциалов, возникающая иа гетеропереходе, определяется относительным смещением потолка верхней свободной зоны полупроводников, образующих гетеропереход. Ширина энергетических зон различных полупроводников различна. Поэтому на границе раздела двух полупроводников (на металлургическом контакте гетероперехода) получается обычно разрыв дна зоны проводимости. Разрыв диа зоны проводимости определяется различием энергий сродства к электрону двух контактирующих полупроводников (энергия сродство к электрону есть разница энергий потолка верхней свободной зоны и дна зоны проводимости) .
Разрыв потолка валентной зоны зависит как от разницы энергий сродства, так и от различия ширины запрещенных зон контактирующих полупроводников. В результате разрывов дна зоны проводимости и потолка валентиой зоны высота потенциальных барьеров для электронов и дырок в гетеропереходе оказывается различной. Это является особенностью гетеропереходов, обусловливающей специфические свойства гетеропереходов в отличие от р-п-переходов, которые формируются в монокристалле одного полупроводника.
Каждый из полупроводников, образующих гетеропереход, может иметь различный тип электропроводности. Поэтому для каждой пары полупроводников в принципе можно осуществить четыре разновидности гетероструктур; ропе,' лппт, пч-рв н рп-рд. Если вблизи границы раздела двух полупроводников, образующих гетеропереход, возникают обедненные основными носителями слои (слои с повышенным удельным сопротивлением), то основная часть внешнего напряжения, приложенного к структуре с гетеропереходом, будет падать на обедненных слоях.
Высота потенциального барьера для основных носителей заряда будет изменяться: уменьшаться при полярности внешнего напряженна, противоположной полярности контактной разности потенциалов, н увеличиваться при совпадении полярностей внешнего напряжения и контактной разности потенциалов. Таким образом, гетеропер ходы могут обладать эффектом выпрямленна (Рис.
2,18) Из-за различия по высоте потенциальных барьеров для электронов и для дырок прямой ток через гетеропереход связан в 69 основном с движением носителей заряда только одного знака. Поэтому гетеропереходы могут быть как инжектируюшими неосновные носители (рис. 2.! 8, о), так и ненижектируюшнми (рис. 2.18, б). Инжекция неосновных носителей заряда происходит всегда из широкозонного в узкозонный полупроводник. В гетеропереходах, образованных полупроводникамн с одним типом электропроводностн, выпрямление происходит без иижекции не- основных носителей заряда. Обычно полупроводники различного химического состава отличаются друг от друга работой выхода электронов, шириной запрещенной зоны, шириной разрешенных зон и другими параметрами.
Однако для формирования качественного гетероперехода необходимо совпадение типа, ориентации и периода кристаллических решеток контактирующих полупроводников, чтобы кристаллическая решетка одного полупроводника с минимальным количеством нарушений переходила в кристаллическую решетку другого полупроводника. В идеальном гетеропереходе не должно быть механических напряжений, структурных и других дефектов, которые могут создать условия для интенсивной рекомбинации и генерации носителей заряда — рекомбинациоиные ловушки.
При наличии в гетеропереходе большого числа рекомбинационных ловушек механизм прохождения тока через такой реальный гетеропереход может существенно отличаться от механизма прохождения тока через идеальный гетеропереход. Такой гетеропереход может и не обладать эффектом выпрямленна. Кроме рассмотренных специфических свойств гетеропереходов (выпрямление с высоким коэффициентом иижекции в узкозонный полупроводник, выпрямление без инжекции неосновиых носителей на гетеропереходе из полупроводников с одним типом электропроводности) для полупроводниковых приборов интересными и полезными оказываются различия спектров поглошения и показателей преломления света образующих гетеропереход полупроводников.
Наиболее широкое применение в полупроводниковых приборах имеют гетеропереходы между полупроводниками типа АшВ» и их твердыми растворами иа основе арсенидов, фосфидов и аитимонидов галлия и алюминия. Благодаря близости ковалеитных радиусов галлия и алюминия изменение химического состава полупроводников в гетеропереходе происходит без изменения периода кристаллической решетки. Гетеропереходы создают также на основе миогокомпонентных (четверных и более) твердых растворов, в которых при изменении состава в широких пределах период решетки ие изменяется.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
