Гусев - Электроника (944138), страница 13
Текст из файла (страница 13)
С уходом электронов нз металла тонкий слой, прилегающий к месту контакта, зарядится положительно. В результате у границ контакта возникнут объемные заряды н появится контактная разность потенциалов. Образовавшееся электрическое поле будет препятствовать дальнейшему движению электронов из металла в полупроводник и способствовать переходу электронов из полупроводника р-типа (неосновные носители заряда) в металл. В равновесной системе наблюдается динамическое равновесие встречно движущихся основных и неосновпых носителей заряда. Результирующий ток через переход равен нулю.
'Так как концентрация основных носителей заряда (дырок) в приконтактном слое полупроводника понижена по сравнению с их концентрацией в его объеме, то этот слой имеет повышенное удельное сопротивление, которое будет определять сопротивление всей системы. Уменыпение или увеличение концентрации носителей заряда характеризуется изменением положения уровня Ферми относительно соответствующих зон. Прн уменьшении концентрации дырок и увеличении концентрации электронов энергетическое расстояние между потолком валентной зоны и уровнем Ферми увеличивается, а между дном зоны проводимости и уровнем Ферми уменьшается, Поэтому энергетические уровни на узком приконтактпом участке, толщина которого характеризуется так называемой дебаевской длиной 1„, искривлены (рис.
2.5, в): 1„-10 ч —:1О "см. Если к системе подключить вйешнее напряжение, причем плюс — к полупроводнику, а минус к металлу, то возникнет дополнительное электрическое поле, снижающее внутреннее электрическое поле в переходе, Сопротивление приконтактного высокоомного слоя уменьшается и через переход потечет ток, обусловленный переходом электронов из металла в полупроводник. Увеличение приложенного напряжения приводит к увеличению тока.
При смене полярности приложенного напряжения («+» к металлу, « †» — к полупроводнику) внешнее электрическое поле суммнруется с внутренним и приконтактный слой еше сильнее соединяется дырками. Сопротивление перехода увеличивается. Так как электрическое поле не препятствует движению электронов полупроводника р-тнпа, последние будут б! б) лло а> Рис. 2.6.
Зоииая диаграмма коитакта металл полупроводник, при котором аозиикает инверсный слой: с яя с а асауарсколкик ° «а кон: и ты.ы . капу«р к лл проходи~ь через переход, вызывая ток в цепи. Этот ток мал в связи с низкой концентрацией неосновцых носителей заряда. Таким образом, переход между металлом и полупроводником обладает вентильными свойствами. Его называют барьером Шотки. Аналогичные процессы имеют место при контакте металла с полупроводником л-типа, у которого уровень Ферми выше, чем у металла (рис.
2.6, а, б). Электроны из полупроводника переходят в металл„ искривляя вверх энергетические уровни и обедняя поверхностный слой основными носителями заряда. Это приводит к нарушению электронейтральности на данном участке и образованию областей, состоящих из нескомпенсированных положительно заряженных ионов донорной примеси. Возникают контактная разность потенциалов и переход, обладающий вентильными свойствами. В зависимости от положения уровня Ферми в металле при контакте его с полупроводником в последнем может образоваться слой (инверсный), имеющий лаже противоположный тип электропровопности. Действительно, если взять металл, у которого уровень Ферми ниже середины запрещенной зоны срв, и полупроводник ~-типа и соединить их вместе, то энергетические уровни изогнутся так сильно, что вблизи валентной зоны уровень Ферми будет находиться на расстоянии, меньшем 0,5тр, (рис.
2.6. в). Такое расположение уровня Ферми относительно потолка валентной зоны характеризует электропроводнос|ь р-типа. Следовательно, в полупроводнике и-типа образовался слой с электропроводностью р-типа, причем электропроводносгь одного типа плавно переходит в электропроводность другого. Это объясняется тем, что электронов в зоне проводимости 62 полупроводника недостаточно для получения равновесной системы (выравнивания уровней Ферми). Часть нх из валентной зоны переходит в металл, в результате чего и появляются дырки.
Определенный интерес представляет случай контакта металл- полупроводник, когда уровень Ферми металла ниже соответствующего уровня полупроводника р-типа, т, е. рр сррр, и выше уровня Ферми полупроводника л-типа, т. е. м р' ррр ~'Рр„ При этом граничные слои не обеднены, а обогащены основными носителями и удельное сопротивление граничных слоев окажется значительно меньше, чем соответствующее сопротивление вдали от границы. Такие переходы являются основой омического контакта. Действительно, при соединении металла с полупроводником р-типа, у которых р с ур, электроны полупроводника перейдут в металл. В результРате этого приповерхностный слой окажется обогащенным основными носителями заряда — дырками.
Удельное сопротивление приконтактпой области стане~ меньше, чем в объеме полупроводника. Аналогично, приконтактный слой полупроводника и-типа при ч) «р обогащен электронами за счет их перехода из металла, где уровень Ферми вьппе. Ввиду малого значения сопротивлений зон, прилегающих к контакту, они не оказывают существенного влияния на общее сопротивление системы. Подключение напряжения прямой или обратной полярности изменяет лишь степень обогащения приконтактных областей основными носителями заряда, практически не меняя общего сопротивления системы.
На основе таких переходов металл †полупроводн выполняются выводы от областей полупроводника. Контакт двух полупроводников р- н н-тннов. Рассмотрим переход между двумя областями полупроводника, имеющими различный тип электропроводности. Концентрации основных носителей заряда в этих областях могут быть равны нли существенно различаться. Электронно-дырочный переход, у которого р„-п„, называют с и м м е т р и ч н ы м. Если концентрации основных носителей заряда в областях различны (в„»р, или р ~л„) и отличаются в 100 — 1000 раз, то такие р-и-переходы йазывают несимметричными. Несимметричные р-и-переходы распространены шире, чем симметричные, поэтому в дальнейшем будем рассматривать только их.
В зависимости от характера распределения примесей, обеспечивающих требуемый тип электропроводности в областях, различают два типа переходов: резкий (ступенчатый) и плавный, В резком переходе концентрации примесей на границе раздела областей изменяются на расстоянии, соизмеримом с диффузионной длиной; в плавном- — на расстоянии, значительно большем диффузионной длины. 63 2а а7 Р играет су!цественную роль, так как в п сходе трудно получить те вентильные свой еобходимы для работы диодов и транзисто С тричиого р-и-перехода. Пусть концентрация дыро полупроводника с электропроводностью р-тип ти 77, намного выше концентрации электрон т.
е, слой р более низкоомный. Т ация дырок в области р выше, чем в вобла !рок в результате диффузии перейдет в нобла ~раницы окажутся избыточные дырки, кото мбинировать с электронами. Соответственн е уменьшится концентрация свободных элект уются области нескомпенсированных положи донорных примесей. В р-области уход дыро слоя способствует образованию областей с нес ыми отрицательными зарядами акцепторных 2.7, а), созданными ионами. П азом происходит диффузионное переме!цение -слоя в 77-слой. Однако в связи с малой конц тронов по сравнению с концентрацией дыро основных носителей заряда высокоомной обла приближении пренебрегают. Перемещение прои пор, пока уровни Ферми обоих слоев не уравн О авшнхся неподвижных пространственных заря! сть облазь р-л-перехода.
В ней имеют мест онцентрация основных носителей заряда и, с. овышенное сопротивление, которое опре- деляет электрическое сопротив- О'О"'О О ление всей системы. 070 ° ~0 О О О В О ' В зонах, прилегающих к мео'О" ~о.о о О 0-0 сту контакта двух разнородных областей, нарушается условие электронейтральности. В р-области остается нескомпенсиро!а ванный заряд отрицательно за- ряженных акцепторных примеси сей, а в л-области — положительно заряженных доноров (рис. 2.7, и, б).
Но за пределами р-п-перехода все заряды взаимно компенсируют 12руг друга и полупроводник остается электририс. 2.7. Несимметричный р-н-пе- чески нейтральным, рехпл: Электрическое поле, возника- ет аа Е сиа -- !В, 0 ° ат .»- ЮщЕЕ МЕжду раЗНОИМЕННЫМИ ИО- и р аеас ичис ииннеиеи нами, п1зспя!Ствуст псремс1ценню основных носителей заряда. Поэтому поток дырок нз области р в область и и электронов из и в р уменьшается с ростом напряженности электрического поля. Однако это поле не препятствует движению через переход неосновных носителей, имеющихся в р- и п-областях.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
