Физика полупроводниковых приборов - Зи С.М.
Скачать (прямая ссылка):
различной шириной запрещенной зоны. 'В 195-1 г. Шокли {Л. 45] предложил -
использовать резкий гетеропереход в качестве эффективного эмиттерного
перехода в транзисторе. Позже К-ремер -]Л. 46] .проанализировал работу
аналогичного, хотя и более плавного гетероперехода .в качестве -эмиттера
с широкой запрещенной зоной. После этого были проведены широкие
исследования в области гетеропереходов и -предложено .много областей их
применения, в том числе 'в качестве выпрямителя на основных носителях,
быстродействующего полосового фотодетектора, -оптотранзистора -и лазера с
инжекцией, обусловленной непрямыми переходами {Л. 47]. Гетеро-гтереходы
мож-но получать различными методами, к -числу которых относятся метод
граничного плавления [Л. 47, 48, 49], -в котором -используется различие
температур плавления двух полупроводников для селективного .плавления и
рекристаллизации; -метод эпитаксиального выращивания из газовой фазы [Л.
-50]; метод .вакуумного осаждения одного материала на другой.
В гетеропереходах невозможно добиться идеального согласования .постоянных
решетки (ом. табл. 2-1) -и коэффициентов термического расширения, поэтому
на границе раздела обычно присутствуют дефехты, такие, как граничные
дислокации [Л. 5'1]. Эти дефекты, которые м-огут действовать как центры
захвата, сильно ограничивают -возможности прибора. Тем не -менее
гетеропереход является попезным прибором в том смысле, что -он может
помочь более глубокому пониманию процессов переноса носителей и изменения
ширины зоны на границе раздела; кроме того, он поможет дальнейшему
изучению контакта несогласованных кристаллических решеток И
эпитаксиальных процессов, а также изучению многих интересных
физических явлений, связанных с разрывам .непрерывности на границе
раздела.
Модель энергетической зонной структуры идеального резкою гетероперехода
без граничных состояний была предложена Андерсоном {Л. 50] на основе
пред-
Знергия электрона в ^акууме
Энергия
электрона
ЕгГ
Evr
АЕС
9'
А?ь
-tn
' Ev г
а)
Энергия электрона & вакууме
шествующей работы Шокли.
Рассмотрим эту модель, так как она хорошо объясняет большинство явлений
переноса, а при некоторых незначительных изменениях ее можно использовать
и для описания неидеальных случаев, таких, как гетеропереход с граничными
состоя ниями. На рис. 42,а показана зонная диаграмма двух 'изолированных
полупроводников. Предполагается, что два полупроводника имеют разную
ширину запрещенной зоны Eg, различные диэлектрические постоянные е,
различные работы выхода Фт и различное сродство к электрону %. Работа
выхода и сродство к электрону определяются соответственно как энергия,
необходимая для удаления электрона с уровня Ферми Ef и для удаления
электрона со дна зоны проводимости Ес в вакуум. Различие в положении дна
зоны проводимости двух полупроводников обозначено ЕЕС, а различие в
положении верхней границы валентной зоны AEV-
На рис. 42,6 показана зонная диаграмма перехода между двумя этими
полупроводниками в состоянии равновесия. Это п-р гетеропереход- переход,
образованный между полупроводником "-типа с узкой запрещенной зоной и
полупроводником р-типа с широкой
запрещенной зоной. Так как положение уровня Ферми в .равновесном
состоянии должно быть одинаковьш по обе стороны от перехода, а уровень
энергии, соответствующий 'вакууму, всегда распо-
-Н*;Нсг-"1
6)
Рис. 42
ванных
Зонные диаграммы изолиро-полупроводников, для каждого из которых
выполняется условие электронейтральности (а) и идеального п р
гетероперехода (б) в состоянии равновесия [Л 50].
ложен параллельно краям зон и шляется непрерывным, то разрыв ¦в положении
краев зоны проводимости АЕс и краев валентной зоны AEv не зависит от
уровня легирования при условии, что Ее и % не являются функциями
.концентрации примеси, т. е. в случае невырожденных полупроводников.
Полная контактная ра-зность потенциалов Ubi равна сумме перепадов
.потенциалов (7ы и Ubz, существующих при равновесии соответственно в
полупроводниках 1 и 2 у границы раздели.
Ширину обедненного слоя в каждом .из полупроводников и емкость
обедненного слоя можно найти, .решая уравнения Пуассона для ступенчатого
перехода с каждой стороны границы раздела [Л. 50, 52]. Одн-нм из
"граничных условий является непрерывность электрического смещения на
границе раздела, т. е. условие ем§1= ?=ё2(§2- Тогда мы получим следующие
выражения:
2/V^,., (?/"-?/) 11/2
в\ (si^di ецМА2)
1/2
(108)
Хо ------
С 2/V01e,E2 (Ubi - U) ll/a.
' ( )
- [ 2 (SlNm + e,NA2)(Uu- U) J 1"°)
¦Отношение напряжений, падающих в каждом ив полупроводников, равно:
иЪ1-иг - А2е2 (1И)
(762 ^2 Т^Г?31е1 '
где U-,Ui+Uz- Легко видеть, что в случае двух одинаковых* полупроводников
это выражение сводится к выражению для обычного р-п перехода,
.рассматривавшегося в § 3.
В случае п-п гетероперехода для тех же двух полупроводников картина будет
несколько иной, так как .полупроводник с широкой запрещенной зоной
обладает .меньшей работой выхода, энергетические зоны изогнутся в
