Щука А.А. Электроника (2005) (1152091), страница 49
Текст из файла (страница 49)
е, Ев, > Ь;„, представлен на рис. 2.13, а (слев ндеалызый гетеропереход в условиях термодинамического равновесия. Если к нем дожить прямое внешнее напряжение К то потенциальный барьер, который должн ~велеть дырки при переходе из р- в и-областгч уменьшится (рис. 2.13. а, справа). С чснием напряжения барьер может практически исчезнуть, что приведет к резкому та анню дырочного тока.
Сов всем иная картина имеет место для электронов, которые желают преодолеть оарь пе е Реходе из л- в р-область. Потенциальный барьер двя электронов в этом случае точ чно велик и поэтому электронный ток в прямом направлении мал. При Ри создании гетеропереходов из полупроводников с различными параметрами (ш зап "Решенной зоны, диэлектрическая проницаемость в, работа выхода электронов Часть П.
Микроэлектроника " з раннее сролство Х) формируется зонная диаграмма, представленная иа рис. 2, 13, б. Здесь „. Руктура, расположенная слева, соответствует состоянию терлюдинамического равновесия. Электрическое иоле на границе раздела имеет разрыв, который обусловлен различием диэлектрических проницаемостей. Энергетические зоны также имеют разрыв на границе раздела, образуя ступени Е, и Е,. При подаче прямого внешнего электрического поля оарьер для электронов будет меньше, чем барьер для дырок !рис. 2.13.
б, справа). В этом слое доминирующим будет ток электронов. Помимо приведенных типов гетеропереходов существует также ряд специальных гетеро- переходов, которые представляют значительный практический интерес. Па рис. 2.14, а представлена структура р — п-гсгероперехода, которая позволяет эффективно инжектировать дырки в материал л-типа, не требуя намеренно сильного легирования облает.и р-типа.
Область р-типа с широкой запрещенной зоной прозрачна для рекомбинациониого излучения из области р-типа. В этой же области ие наблюдается поглощение света свободнымн носителями заряда. Такие гетеропереходы используются при создании, например, полупроводниковых лазеров. Штрихом показана область — так называемый квантовый колодец, в котором находится двумерный электроннытз газ, а) б) Рис. 2.14. Зонная диаграмма гетероперехода с квантовыми колодцами Деумериьп! элеклгракльп! еаз 1ДЭГ) представляет собой систему электронов, энергетические уровни которых дискретны и их движение финитно. Другими словами, в поперечном направлении потенциальная энергия электронов не позволяет им покинуть потенциальную яму, а их соответствующие энергетические уровни лискретны. Таким образом, движение электронов возможно только в плоскости ДЭГ.
Свойства лвумерного газа определяются возможностью регулировать и менять в широки" пределах плотность электронного газа под действием поперечного элекз.раиного поля. 3 2 Для электронов в области ДЭ! характерна высокая подвижность порядка 9х10 см /В с близкая к объемной подвижности электронов в нелегнрованном Оадв. Если гетеропереход получен из веществ с различной постоянной решетки, то на границе двух полупроводников могут возникнуть механические дефекты, которые будут нграт~ Роль ловушек лля дырок и электронов, Со стороны и-типа появится подъем зон, в то вре мя как со стороны р-типа возникнет их понижение !рис.
2.14, б). В таких гетероструктурах формируются квантовые колодцы для обоих типов носителеи заряда. В табл. 2.! приведены некоторые параметры полупроводников, образующих гетеропере холы. с Физика полупроводниковых структур Таблица 2.!. Параметры полупроводников, образующих гстеропереходы Коэффициент линейною расширении р 300 К, 1О .К ' Впсрги" элелтрои- иого Отиоси- зельиав ди- Параметр рсше пгп, мм Полу- ~ Еп эй, провод- при пик 300 К !'сз сро- переход электрическая пос'пьнниая, с, сродства, эй ОаАь баль-Ое 4 07 ~ !1 5 1,43 0,5653 413 ' !60 3,65 10,3 5 06 ! !4 8 0,67 0,5658 5,7 А!БЬ Л!5Ь-О!абб ! ОабЬ 1,6 0,6136 0,6095 0,68 5,2 Л!Аь 2,15 0.5661 Л1Льи!аль ОаАь 1,43 0,5653 ОаР ' 2,25 0,545! ! бй 1.! ! 0,543! 3.4 5,3 ~ 4,3 Вар-51 12 2,33 , '4,01 еь ' ьп; ~.~~и.
,э Ос , '2,66 ' 0,5658 5,7 4,! 3 2пбс-Ое 16,0 Кобе ! 2,67, 0.5669 7,0 4,09 9,1 ьйзхс-Валь 1 1,5 В т «5 5>ну 4,07 2.4.4. Контакты Но!прически первыми полупроводниковыми приборами стали диоды на основе контакта "полупроводник — металл". Различают контакты "полупроводник — метазл" двух типов: омические контакты или ие выпрямляющне и выпрямляющие контакты.
Тип контакта определяется взаимным расположением уровней Ферми в обоих веществах. Омическкы контактом или оннческпм переходои называется физический контакт, электрическое сопротивление которого мало и не зависит от направления тока в заданном диапазоне значений токов. таких контактах отсутствует ннжекция неосновных носителей заряда, их удельное сои!эотивление меньше 10 Ом см . Большинство омических переходов создается на основе и- или р — р-переходов.
Концентрация легирующсй примеси в сильно легированном слое должна быль достаточно высокой, чтобы между металлом и п -полупроводником создать объединенную область. Толщина этой области такова, что переход носителей "срез потенцию!ьный барьер обеспечивается с помощью механизма туннельного эффекта. з за низкой концентрации дырок в выраженном и -слое их инжекция в слабо легирован"Ую и-область будет отсутствовать.
Ул учшению свойств омического контакта служит шлифовка полупроводника в месте его конт нтакта перед металлизацией. Возникшие в процессе шлифовки дефекты кристаллической ой решетки работают как центры рекомбинации В этом случае возникаег равновесная кон щентрация основных и неосновных носителей вблизи поверхносги полупроводника. 1!а г 4 границе раздела металла с полупроводником возникает выпрямляющий контакт. Если Раб Оста выхода из полупроводника !Рь больше работы выхода из металла чь,„то уро- Часть П.
Микроэлектроника гзо вень Ферми металла Еь„ располагается выше, чем уровень Ферми полупроводника Ек гл (рис. 2,15, а). а) б) Рие. 2,16. Зонные диаграммы выпрямляющнх контактов металла с полупроводником р-типа(а) и п-типа (б) В момент соприкосновения металла с полупроводником последний заряжается отрицательно, и в результате его энергетические зоны в прпконтактной области нскривляются вниз. Число электронов в зоне проводимости увеличивается, в то время как число дырок в вапентной зоне уменьшается. В результате рекомбинации обнажаются некомпенсированные отрицательные ионы акцепторов, образуется электрическое поле, которое препятствует лальнейшему притоку электронов из металла. В итоге образуется бирьер ШолликГГ <рю, представляющий собой потенциальный барьер в прнкон гактном слое.
Если работа выхода из полупроводника меньше работы выхода из металла, то после соприкосновения электроны полупроводника п-тнпа переходят в металл (рис. 2.15, б) В прикоптактной области полупроволннк заряжается положительно, н его энергетические зоны искривляются вверх. дно зоны проводимости удазяется от уровня Ферми, а потолок валентной зоны, наоборот, приближается к уровню Ферми. Вблизи контактной облает" концентрация электронов убывает, а концентрация дырок в валентлой зоне возрастает по сравнению с этими значениялзи в глубине полупроводника.
Прнконтакгный слой полупроводника характеризуется пониженной удельной провод" мостью. Этот слой обогащен неосповными носителями заряда н носит название акшгмл первого. В этом случае также возникает барьер Шоттки Фю. В зависимости от полярности приложенного внешнего напряжения потенциал и сопро тивление приконтактного слоя будут изменяться.
Так если положительное напряженн нне приложено к металлу, а отрицательное — к полупроводнику, то высота потенциачьног барьера в контакте увеличивается (рис, 2.15, а). !1риконтактный слой обедняется основ гЗ) г Физика полупроводниковых структур ными носителями — дырками. Сопротивление этого слоя возрастает по сравнению с рав„овесным. В этом случае говорят, что приложенное напряжение для данного контакта— раратнос, ыапротив, в системе "металл — полупроводник" и-типа с ростом внешнего напряжения потенциал понижается (рис. 2.15, б).
Приконтактный слой обогащается основными носи- елями — электронами, и его сопротивление уменьшается. В этом случае напряжение с .акой полярностью будет прямым. Такие контакты, как "металл — полупроводник", которые обладают въщрямляющими свойствами, называются колягаклгатг Шалгглкгг. ))ля и-% барьер Шотгки составляет 0,6 — 0,8 эВ, для р-Я вЂ” 0,4 — 0,6 эВ, для и-ОаАз -0,8 эВ, а лля р-ОаАз -0,6 эВ.
2.4.5. Граница раздела При создании интегральных схем граница раздела "полупроводник — диэлектрик" играет весьма ванную роль. Рассмотрим границу раздела "кремний — диоксид кремния" (Я вЂ” ЯОз) Свойства среды, с которой граничит полупроводник, оказывают определяющее влияние )$ на свойства поверхностного слоя, его кристаллическую структуру, содержание адсорбированных примесей н наличие особых энергетических уровней, Все это влияет на подвижность н время жизни носителей в приповерхностном слое и другие электрофизическне параметры. Главная особенность слоев или пленок диоксида кремния состоит в том, что они всегда содержат примеси донорного типа (натрий, калий, водород), которые имеют тенденцию локализоваться вблизи границы раздела % — %0,.
В результате на границе с кремнием формируется тонкий слой положительно заряженных донорных атомов (рис. 2.16, а). Отданные ими электроны переходят в припоаерхностный слой кремния. Поверхностная концентрация доноров в двуокиси кремния составляет -10,5 — 2,0)н10 см . Если пленка -гт 81Оз находится на поверхности и-типа Я, то приповерхностный слой обогащается основными носгпелями и у границы раздела образуется п-канал.
Если кремний обладает проводимостью р-типа, то электроны, диффундировавшие из окисла, могут привести к обеднению приповерхностного слоя вследствие рекомбинации с дырками и обнажить отрицательные ионы акцепторое (рис. 2.16, 6). е) б) е) Рис ядя. Приооверхностные структуры на границе раздела 81 — 810я а — обогащенный слой; б — обедненный слой; е — обедненный слой с инеерсионным каналом Вк кремнии р-типа помимо обедненного слоя также возможно образование поверхностно- """ слоя 1рис. 2.16, в). Зна "анне структуры границы раздела я — — %0, позволяет предотвращать нарушения и дефе ".екты в приборах микроэлектроники.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
