Справочник по физике для инженеров и студентов - Яворский Б.М.
ISBN 5-488-00330-4
Скачать (прямая ссылка):
Отрицательный объемный заряд контактного слоя
полупроводника обусловлен избытком основных носителей тока — электронов в зоне проводимости. Поэтому контактный слой полупроводника обладает повышенной проводимостью, т. е. представляет собой антизапирающий слой;
434 IV.5. КОНТАКТНЫЕ ТЕРМОЭЛЕКТР. И ЭМИССИОН. ЯВЛЕНИЯ
a)Ai>Az б)А1> A2
г) Ai <А2
Металл
Полупроводник р-типа g
.о,
• — электроны в зоне проводимости и отрицательные ионы акцепторных примесей; о — дырки в валентной зоне и положительные ионы донорных примесей; d — толщина контактного слоя.
Рис. IV.5.1
г) A1 <А2, полупроводник р-типа.
В контактном слое полупроводника имеется избыток отрицательных ионов акцепторных примесей и недостаток основных носителей тока — дырок в валентной зоне. Поэтому контактный слой запирающий.
IV.Б.2. КОНТАКТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ В ПОЛУПРОВОДНИКАХ 435
5°. Запирающий контактный слой на границе металла с полупроводником обладает односторонней (вентильной) проводимостью, т. е. при включении металла и полупроводника в электрическую цепь пропускает ток практически только в одном направлении (либо из металла в полупроводник, либо из полупроводника в металл).
На рис. IV.5.2 показаны зонные диаграммы для контакта металл—полупроводник гг-типа (работа выхода A2 = An < A1) в состоянии термодинамического равновесия (см. рис. IV.5.2, а) и для двух полярностей включения контакта в электрическую цепь внешнего источника постоянного тока (см. рис. IV.5.2, б и в). Электрический ток через поверхность контакта осуществляется электронами проводимости, переходящими из полупроводника в металл путем туннелирования сквозь потенциальный барьер контактного слоя (ток I1), и электронами, переходящими из металла в полупроводник за счет диффузии (I2). Результирующий ток через контакт I = I1-12. В состоянии термодинамического равновесия I0 = I1 -12 = = О. Через Eft на рис. IV.5.2 обозначена напряженность контактного электрического поля, создаваемого положительными зарядами ионизированных донорных атомов в контактном слое, гг-полупроводника.
Металл Полупроводник п-типа Wi
Дно ЗП
(зоны проводимости) Уровень Ферми
;___Верхний край ВЗ
(валентной зоны)
Рис. IV.5.2. a
436 IV.5. КОНТАКТНЫЕ ТЕРМОЭЛЕКТР И ЭМИССИОН ЯВЛЕНИЯ
Рис. IV.5.2, б
В случае, показанном на рис. IV.5.2, б, контакт включен во внешнюю электрическую цепь в пропускном направлении тока. Удельное электрическое сопротивление в контактном слое во много раз больше, чем в остальном объеме полупроводника. Поэтому внешнее напряжение на контактном слое практически равно падению напряжения U > О на всей системе металл—полупроводник. Напряженность Евнеш внешнего поля в контактном слое противоположен по направлению вектору Efc. Высота потенциального барьера для электронов проводимости полупроводника меньше равновесной на eU, а ширина d+ < d0. Поэтому вероятность перехода электронов из полупроводника в металл и ток I1 быстро увеличиваются с ростом U. Диффузия электронов не зависит от U, так что I2-I2, и результирующий ток I =
— (I1 —12) > О идет в пропускном направлении из металла в полупроводник.
При противоположной полярности включения контакта во внешнюю электрическую цепь (рис. IV.5.2, в) внешнее напряжение считают отрицательным (U < О). В этом случае вектор Евнеш сонаправлен с Efc, потенциальный барьер для электронов проводимости полупроводника выше равновесного на —eU и шире его: d < d0.
IV.5.2. КОНТАКТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ В ПОЛУПРОВОДНИКАХ 437
и < О
-||+
fX -Г ~ + !+
F ~ I ^внеш щ — P-
W,
к; V
.4
4V 1ST I *
CL
-Дно ЗП
-Уровень Ферми - Верхний край ВЗ
Рис. IV.5.2, в
Поэтому I1 < 11 , и результирующий ток I -(I1-12) < О,
причем (Z1I < I1 .
Вольт-амперная характеристика контакта, т. е. зависимость тока I от внешнего напряжения U имеет вид (рис. IV.5.3):
1 = 1.
MS) -1)’
где Is = I2 = I1 , е — элементарный
заряд, k — постоянная Больцмана,
T — термодинамическая температура.
6°. Электронно дырочным переходом, или р п-пере ходом, называют обедненный основными носителями тока контактный слой, образующийся по обе стороны от поверхности контакта примесных полупроводников п- и /і-типа, полученных путем введения соответствующих примесей в исходный кристалл собственного полупроводника.
438 IV.5. КОНТАКТНЫЕ ТЕРМОЭЛЕКТР. И ЭМИССИОН. ЯВЛЕНИЯ
Примечание. Контакт двух различных по химическому составу полупроводников называют гетеропереходом.
Двойной электрический слой р-п-перехода образуется в результате перемещения электронов из Tl- в /^-полупроводник (так как Ap > An, где Ap и An — работы выхода электрона из полупроводников р- и тг-типа), а дырок — в противоположном направлении. При этом в контактном слое п-полупроводника оказывается избыток положительных ионов донорных примесей, а в контактном слое рполу провод ни ка — избыток отрицательных ионов акцепторных примесей. Таким образом, контактный слой в обоих полупроводниках обеднен основными носителями и обладает пониженной проводимостью, т. е. является запирающим.
