yavor2 (553175), страница 73

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 73)

Прн этом потенциальные энергии электронов в непосредственной близости к поверхностям металлов будут не одинаковы. Между металлами 2 н 1 установится разность потенциалов А,— А фю == — „;— Эту разность потенциалов называют внешней контактной разностью потенциалов. Она обусловлена разностью работ выхода электронов из контактирующих металлов. Электроны уходят из металла с меньшей работой выхода в металл с большей работой выхода. Величина ~рх колеблется для разных пар металлов от десятых долей до единиц вольт (й 44.9) и зависит от состояния поверхности и ее чистоты.

б. Между точками, расположенными внутри контактирующих металлов, также существует разность потенциалов. Она связана с тем, что, хотя уровни Ферми в обоих металлах выравниваются, потенциальные энергии электронов в металлах 2 н 1 не одинаковы. Потенциальная энергия электронов во втором металле меньше, чем в первом. На рис. 78.1, б видно, что потенциальные энергии электРонов отличаютсЯ на величинУ еуг, — 47г,. В соответствии с этим потенциалы внутри металлов отличаются на величину ага--8е, Ч' = Величина ~р, называется внуяренней контактной разностью потенциалов.

7. Различие потенциалов внутри проводников создает дополнительный диффузионный поток из второго металла в первый. Воспользуемся формулой (75.11) для энергии Ферми при Т = 0 К: где и — число электронов в единице объема металлов. Подставим это выражение 4"'г в формулу для ~р;: Как видно, причиной возникновения внутренней контактной разности потенциалов является различие концентраций электронных газов в контактирующих металлах. Оно приводит к диффузии электронов в направлении убыли концентрации электронов. Качественно это согласуется с результатами, которые в з 44.7 были получены нз классической электронной теории металлов.

Однако, как видно из срзвнения классического и квантового рассмотрении, количественные результаты заметно отличаются. 8. При температуре Т, не равной абсолютному нулю, энергия Ферми зависит от температуры. Это приводит к тому, что внутренняя контактная разность потенциалов зависит от температуры контакта, Этой зависимостью объясняются термоэлектрические явления, рассмотренные в 8 44,8. Не вдаваясь в подробности, укажем, что формула (44.23) для термоэлектродвижущей силы оказывается приближенно справедливой, однако коэффициент а выражается значительно сложнее и является, вообще говоря, функцией температуры. й 78.2.

Выпрямление на границе металл — полупроводник 1. Рассмотрим границу металла с полупроводником. Для определенности предположим, что с металлом граничит полупроводник п-тппа. Предположим, что работа выхода электронов у металла больше, чем у п-полупроводника. Тогда электроны прииесных уровней доноров будут переходить из полупроводника в металл, и приконтактный слои электронного полупроводника обеднится свободными электронами и зарядится положительно.

Металл, получивший избыточное количество электронов, заряжается отрицательно. Между металлом и полупроводником образуется двойной электрический слой. 2. Контактная разность потенциалов на границе металл — полупроводник обусловлена относительно малой концентрацией подвижных носителей тока в полупроводнике. Равновесная толщина двойного электрического слоя в области контакта оказывается значительной. Уровни Ферми в металле и полупроводнике выравниваются при образовании двойного слоя, простирающегося внутрь полупроводника на заметную глубину. Двойной электрический слой на границе металл — полупроводник по своим свойствам резко отличается от остального объема полупроводника. Важнейшее отличие состоит в том, что потенциальная энергия электронов в этом слое повышается по сравнению с энергией электронов в остальном объеме.

Это приводит к тому, что энергетические уровни электронов в энергетических зонах полупроводника вблизи границы поднимаются. В полупроводнике и-типа в стороне, прилегающей к металлу с большей работой выхода, образуется слой с недостаточной концентрацией носителей тока — электронов. Этот слой обладает повышенным удельным сопротивлением и называется эапираюцим слоем. 3. Важной особенностью этого слоя, основой выпрямляющего действия контакта металла с полупроводником, является различие в сопротивлениях этого слоя для разных направлений тока.

При пропускном направлении тока, когда минус подан на полупровод- зм ник, сопротивление запирающего слоя снижается н ток проходит с малым сопротивлением. Это означает, что двойной слой становится тоньше, создаются облегченные условия для перехода электронов нз полупроводника в металл — снижается потенциальный барьер для электронов. При достаточном напряжении ца контакте удельное сопротивление электрического двойного слоя выравнивается с сопротивлением остальной массы полупроводника. При противоположном (обратном) направлении тока приложенное напряжение приводит к дальнейшему обеднению электронами части полупроводника, граничащей с металлом.

Толщина двойного электрического слоя растет, и сопротивление, которое создает этот слой, продолжает увеличиваться. В этом направлении ток через контакт проходить не будет. 4. Действие запирающего слоя на границе металла с пол)проводником существенно зависит от площади контактной поверхности. Запирающий слой появляется только прн малых размерах контакта.

Зависимость величины запирающего слоя от контактной гговерхиости объясняется неоднородностью примесных включений по объему полупроводника. Имеются небольшие области, где примеси присутствуют, есть области, где пх нет. Запирающий слой образуется в местах скопления примесей. Там, где примесей нет, нельзя создать условия для резкого изменения сопротивления — там сопротивления невелики. Если контактная поверхность велика, она «захватывает» объем с различными проводимостями полупроводника. В этом случае всегда найдутся участки с большой электропроводностью, которые будут шунтировать запирающий слой и снижать его выпрямляющее действие. $ 78.3.

Выпрямление на границе электронно-дырочного перехода 1. Область монокристаллического полупроводника, в которой происходит смена проводимости с электронной на дырочную (или наоборот), называется электронно-дырочным иереходолг (р — и-переход). Такой р — гг-переход образуется в кристалле полупроводника, если в нем с помощью соответствующих примесей будут созданы участки с различной (и и р) проводимостью.

Так, если при выращивании монокристалла германия в расплав вводить необходимые примеси, то получается монокристалл, в котором имеются последовательно расположенные области с различными тнпами проводимости. Внесение прнмеспых центров вызывает в полупроводниках стабильные изменения проводимости заранее предусматриваемого характера. 2. Существование тонкого пограничного слоя, в котором имеет место переход проводимости одного типа в другой, является основой вентильного действия такой границы. При соприкосновении двух полупроводников с различными типами проводимости начинается образование контактного двойного слоя.

Электроны из и-полупроводника будут диффундировать в ды- рочный полупроводник р. Это приведет к обеднению электрона«и и-полупроводника вблизи границы и к образованию избыточного положительного заряда в и-кристалле. Диффузия дырок из р-полупроводника будет происходить в противоположном направлении и усилит образование избыточных электрических зарядов противоположного знака на границе элсктронно-дырочного перехода. Таким образом создается двойной электрический слой толщины ( (рис. ?8.2), который препятствует дальнейшему гсреходу электронов и дырок через границу раздела двух полупроводников. Этот двойной и слой является для носителей тока по- ,-,. ~+ + - -~ «+~с»»»гт» — ~,.л.~ ~+ + — - ~ тенциальным барьером высотой в не ~ЦЯ,'«+ ~ Я~~~ сколькодесятых ольта.

Та ойбар ер ~++ ! электроны и дырки могут преодолеть '++ — -~ + + лишь при очень высокой температуре, порядка тысяч градусов, поэтому Р«88 2. контактный слой является для носителей тока запирающим слоем, имеющим повышенное сопротивление. Полупроводник с одним р — и-переходом называется полупроводниковым диодом. 3, Действие внешнего электрического поля существенным образом влияет на сопротивление запирающего слоя. Предположим, а/ Рис. 78 3. что и-полупроводник подключен к отрицательному полюсу источника, а плюс подан на р-полупроводник (рис.

?8.3). Тогда под действием электрического поля электроны в и-полупроводнике перемещаются к границе раздела полупроводников. Дырки в р-полупроводнике под действием того же поля движутся навстречу электронам также к этой границе.

Прн таком пропускном (прямом) направлении тока в полупроводнике толщина запирающего слоя будет непрерывно уменьшаться, Электроны, переходя границу, «заполняют» дырки, и в пограничном слое происходит рекомбинация электронов с дырками. Граница р — и-перехода не будет представлять сопротивления для тока, вызываемого внешним напряжением. Это напряжение не- 333 обходимо только для того, чтобы поддерживать встречное движение электронов и дырок. 4. Если изменить полярность приложенного к полупроводникам напряжения, дырки в р-полупроводнике и электроны в и-полупроводнике будут перемещаться от границы раздела в противоположные стороны (рис.

78.4). В этом случае около гранины раздела будет увеличиваться размер запирающего слоя 1, в котором концентрация С подвижных носителей тока — электронов и дырок — будет значитель- , ~+~ ио меньше, чем в остальном объеме полупроводника. В области, обед- Э (+++ ~ ~О+ пенной подвижными зарядами, бу- Я ~+++ — -~ О+ дет возрастать двойной электрический слой неподвижных зарядов противоположного знака. В полу+ проводнике р-типа вблизи границы Рис. 73 4.

будут находиться частицы, заря- женные отрицательно. По другую сторону от границы в п-полупроводнике соберутся положительно заряженные частицы. Чем больше будет приложенное запирающее напряжение, тем толще двойной слой, обедненный подвижными носителями тока, и вследствие этого тем больше сопротивление такого слоя. При достаточном обратном напряжении запирающий слой представляет собой практически изолятор, в котором отсутствуют подвижные носители тока. Действие прямого, пропускного напряжения приводит, наоборот, к нейтрализации поля двойного слоя, к снижению потенциального барьера на границе р — п-перехода (за счет рекомбинации электронов и дырок), и сопротивление перехода резко уменьшается.

Характеристики

Список файлов книги