Контакты с участием полупроводниковых материалов. Средства управления потоками носителей в полупроводниках, применяемые при проектировании и изготовлении диодов и в частности – диодов Шоттки. Эффект поля и поверхностная концентрация электронов и дырок.
Так на границе происходит изменение свойств материала: структуры энергетических зон, ширины запрещенной зоны, эффективных масс носителей заряда, их подвижности и т. д. Главными условиями его формирования являются разные значения ширины запрещенной зоны и энергии электронного сродства контактирующих тел. Примером может служить структура металл - диэлектрик - полупроводник (МДП-структура) на основе Ge, INSB, GAAS и других материалов, а также кремниевая МОП-структура (металл - окисел - полупроводник), являющаяся основой МОП-транзисторов [2].Рассмотрим зонную диаграмму полупроводников p-и n-типов. На рисунке 1 использованы следующие обозначения: ? - энергия электронного сродства (численно равная работе, необходимой для перевода электрона со дна зоны проводимости в вакуум без сообщения ему кинетической энергии [5]); Поскольку энергия Ферми отрицательна F <0, то расстояние до уровня Ферми F, отсчитанное от уровня вакуума Е0 = 0, будет положительным. Получаем следующие выражения для термодинамической работы выхода в полупроводниках n-типа Фn и р-типа Фр: (2) Из соотношений (2) и (3) следует, что термодинамическая работа выхода из полупроводника р-типа всегда будет больше, чем из полупроводника n-типа, а следовательно, ток термоэлектронной эмиссии, обусловленный электронами, способными покидать поверхность тела вследствие теплового возбуждения, с полупроводника n-типа будет больше, чем с полупроводника р-типа.Рассмотрим, как будет меняться концентрация свободных носителей в приповерхностной области полупроводника, когда вблизи этой поверхности создается электрическое поле. В зависимости от знака заряда на металлической плоскости (положительной или отрицательной) экранирующий это поле заряд в приповерхностной области полупроводника также будет различных знаков. Случай, когда в приповерхностной области возрастает концентрация свободных носителей, носит название обогащение, а когда в приповерхностной области уменьшается концентрация свободных носителей - обеднение. Изменение концентрации свободных носителей в приповерхностной области полупроводника под действием внешнего электрического поля получило название эффекта поля. Заряд, возникший в этой области, обычно называется пространственным зарядом, а сама область - областью пространственного заряда (ОПЗ).Знак поверхностного потенциала ?s соответствует знаку заряда на металлическом электроде, вызывающего изгиб энергетических зон. При ?s > 0 зоны изогнуты вниз, при ?s <0 зоны изогнуты вверх (рисунок 4). Рассчитаем, как меняется концентрация электронов и дырок в области пространственного заряда. В условиях термодинамического равновесия концентрация основных nn0 и неосновных pn0 носителей выражается следующим образом: (7) где эффективная плотность состояний в зоне проводимости; Для области пространственного заряда объемное положение уровня Ферми относительно середины запрещенной зоны меняется от точки к точке: , как и концентрация основных nn0(x) и неосновных p0n(x) носителей.Рассмотрим контакт металл - полупроводник. Второе состояние соответствует условию обогащения приповерхностной области полупроводника (дырками в р-типе и электронами в n-типе), в этом случае реализуется омический контакт. И, наконец, в третьем состоянии приповерхностная область полупроводника обеднена основными носителями, в этом случае в области контакта со стороны полупроводника формируется область пространственного заряда ионизованных доноров или акцепторов и реализуется блокирующий контакт, или барьер Шоттки. Для контакта металл - полупроводник n-типа выберем условие, чтобы термодинамическая работа выхода из полупроводника Фп/п была меньше чем термодинамическая работа выхода из металла ФМЕ. При контакте таких материалов в начальный момент времени ток из полупроводника в металл будет превышать обратный ток из металла в полупроводник и в приповерхностных областях полупроводника и металла будут накапливаться объемные заряды - отрицательные в металле и положительные в полупроводнике.Рассмотрим, как меняется зонная диаграмма контакта металл-полупроводник при приложении внешнего напряжения VG, знак которого соответствует знаку напряжения на металлическом электроде. На рисунке 6 приведены соответствующие зонные диаграммы при положительном и отрицательном напряжениях на металлическом электроде барьеров Шоттки.Для рассмотрения вольт-амперной характеристики (ВАХ) барьера Шоттки воспользуемся диодным приближением. Вместо критерия для барьера Шоттки воспользуемся для перехода электронов из полупроводника в металл выражением: . В условиях равновесия VG = 0 ток из полупроводника в металл уравновешивается током из металла в полупроводник . Следовательно, вольт-амперная характеристика барьера Шоттки будет иметь вид: (17) На рисунке 7 приведена вольт-амперная характеристика барьера Шоттки.В зависимости от направления и величины внешнего электрического поля, то есть от того, как в пределах ОПЗ изогнуты энергетические зоны EC и EV, а также типа проводимости полупроводника различают 4 различных состояния его
План
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. ТЕРМОДИНАМИЧЕСКАЯ РАБОТА ВЫХОДА В ПОЛУПРОВОДНИКАХ
2. ЭФФЕКТ ПОЛЯ
3. ПОВЕРХНОСТНАЯ КОНЦЕНТРАЦИЯ ЭЛЕКТРОНОВ И ДЫРОК
4. БАРЬЕР ШОТТКИ
4.1 Барьер Шоттки в состоянии термодинамического равновесия
4.2 Зонная диаграмма барьера Шоттки при внешнем напряжении
4.3 Вольт-амперная характеристика барьера Шоттки
5. ОПЗ В РАВНОВЕСНЫХ УСЛОВИЯХ. ВИДЫ ОПЗ
6. ЗОННЫЕ ДИАГРАММЫ ГЕТЕРОПЕРЕХОДОВ
7. ЕМКОСТЬ ОБЛАСТИ ПРОСТРАНСТВЕННОГО ЗАРЯДА
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ А ПРИЛОЖЕНИЕ Б
Вы можете ЗАГРУЗИТЬ и ПОВЫСИТЬ уникальность своей работы
