Главная страница  Транзисторные схемы 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 [ 35 ] 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223

D,5-10

все большее число акцепторных атомов. Тогда общая структура p-i перехода сохраняется, но по мере увеличения концентрации Лаа потенциальный барьер становится все ниже. Это следует из формулы (2-46), где концентрацию р о нужно заменить концентрацией ppi, значение которой приближается к значению рр. Механизм понижения барьера заключается в том, что положительный заряд избыточных дырок в слое 2 постепенно уменьшается, так как убывает разность концентраций Ppi - Ppg, вызывающая диффузию дырок из слоя / в слой 2. Вместе с уменьшением заряда избыточных дырок, конечно, уменьшается и равный ему отрицательный заряд обнаженных акцепторов в слое 1.

По мере увеличения концентрации Л/а2 уменьшается также ширина перехода, поскольку протяженность обогащенного слоя справа от металлургической границы (рис. 2-14) определяется дебаевской длиной /др2, а она обратно пропорциональна величине ]/ N2. Таким образом, для р*-р перехода характерны малая высота потенциального барьера (несколько фт-) и малая ширина его. При равенстве N = Ni переход исчезает и получается однородный полупроводник.

Спецификой р*-р и п*П переходов (как и p-i перехода) является отсутствие инжекции и экстракции неосновных носителей при наличии смещения, поскольку основные носители в обоих слоях одинаковы.

Основная часть приложенного напряжения падает на нейтральной части высокоомного р-слоя, а модуляция проводимости перехода малосущественна.

Соответственно вентильные свойства практически отсутствуют, и система является просто неоднородным полупроводником. Такой вариант используется в омических контактах (см. ниже). Подробный анализ переходов между однотипными полупроводниками можно найти в [28].

2-4. КОНТАКТЫ МЕТАЛЛ-ПОЛУПТОВОДНИК

Контакты полупроводника с металлом [5, 27] играют важную роль в полупроводниковых приборах. Структура и свойства этих Контактов зависят в первую очередь от взаимного расположения


Рис. 2-14. Переход Распределение носителей в полулогарифмическом (а) и линейном (б) масштабе. Распределение объемных зарядов (е), поля (е) и потенциала (д). Пунктирные линии соответствуют прямому смещению.



п-типа.

уровней Ферми в исходных слоях. На рис. 2-15-2-17 вверху показаны зонные диаграммы разделенных слоев, а внизу - зонные диаграммы соответствующих контактов. Поскольку уровень Ферми в металле всегда расположен в зоне проводимости и для равновесной системы должен быть единым, нетрудно в каждом случае оценить характер результирующей диаграммы.

Выпрямляющие контакэы. На рис. 2-15, а имеем (ррт > ф/=р. Это значит, что энергетические уровни, соответствующие зоне

проводимости полупровод-

Металл Полупроводник Металл HjiynpoBodHaK заполнены В Мегал-

ле больше, чем в полупроводнике. Следовательно, после соприкосновения слоев часть электронов перейдет из металла в полупроюдник и создаст отрицательный заряд на границе с металлом . Наличие дополнительных электронов согласно (1-lOa) приводит к уменьшению расстояния между уровнем Ферми и дном зоны проводимости в этой области, поэтому энергетические уровни полупроводника искривляются вниз. На рис. 2-15, б показан обратный случай, когда после соприкосновения слоев электроны переходят из полупроводника в металл и соответственно уровни искривляются вверх. Область искривления зон (т. е. область пространственных зарядов) имеет протяженность, примерно равную дебаевской длине (1-90а), которая в зависимости от удельного сопротивления полупроводника может составлять десятые, сотые доли микрона и меньше (вплоть до единиц нанометров).

Описанный выше обмен электронами между металлом и полупроводником обычно характеризуют не разностью исходных уровней Ферми, а разностью работ выхода. Работой выхода электрона из твердого тела называют энергетическое расстояние между уровнем свободного электрона вне твердого тела и уровнем Ферми (см. рис. 2-15, где работы выхода из металла и полупроводника обозначены соответственно через рм н (ps). Разность работ выхода


Рис. 2-15. Зонные диаграммы выпрямляющих контактов металла с полупроводнико.ч.

а - коЕ1такт с полупроводником р-тнпа; б - контакт с полупроводником п-типа.

Практически создать качественный контакт между металлом н полупроводником путем их простого соприкосновения невозможно (см. аналогичное замечание по поводу р-п перехода на с. 88). Реальные контакты такого рода в настоящее время создаются напылением металла на полупроводник в вакууме.



Таблица 2-1

Контактная разность потенциалов фдз между металлами и кремнием

n-Si

p-Si

n-Si.

p-Sl

10М 10 101* 10

-0,36 -0,30 -0,24 -0,18

-0,82 -0,88 -0,94 -1,00

+0,54 +0,60 +0,66 +0,72

-f0,08 +0,02 -0,04 -0,10

q),j3 = Фм - ф5, выраженную в вольтах, называют контактной разностью потенциалов (см. табл. 2-1).

В зависимости от соотношения значений фм и фб электроны при сближении слоев переходят либо из металла в полупроводник (случай фм5 < О, рис. 2-15, а), либо из полупроводника в металл (случай фмз > О, рис. 2-15, б). В обоих случаях происходит искривление энергетических зон и на границе раздела появляется тот равновесный поверхностный потенциал ф50, о котором упоминалось на с. 70. При непосредственном контакте металла с полупроводником можно считать фо = фмз- Если же слои разделены диэлектриком (в частности, вакуумом или воздухом), то часть напряжения фмз падает на диэлектрике и тогда фо < фмз- Что касается напряжения спрямления зон Up (см. с.70), то оно всегда равно напряжению фмз независимо от наличия или отсутствия диэлектрика .

Оба контакта, показанных на рис. 2-15, а и б, характеризуются тем, что концентрация основных носителей в прикон-тактном граничном слое полупроводника понижена по сравнению с концентрацией их вдали от контакта. Следовательно, граничный слой обладает повышенным удельным сопротивлением и поэтому определяет, сопротивление всей системы. В зависимости от полярности приложенного напряжения меняются высота приповерхностного потенциального барьера и соответственно сопротивление граничного слоя. Так, если внешнее напряжение приложено плюсом к металлу и минусом к полупроводнику, то потенциальный барьер на рис. 2-15, а повышается, а на рис. 2-15, б понижается. При этом граничный слой на рис. 2-15, а еще больше обедняется дырками и будет иметь повышенное сопротивление, а граничный слой на рис. 2-15, б обогащается электронами и будет иметь пони-зкенное сопротивление по сравнению с равновесным состоянием Значит, такая полярность будет обратной для перехода Иа рис. 2-15, а и прямой для перехода на рис. 2-15, б. Если изменить полярность приложенного напряжения, то по аналогичным причинам сопротивление граничного слоя на рис. 2-15, а пони-

Разумеется, этот вывод предполагает, что разность работ выхода является единственной причиной искривления зон.



1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 [ 35 ] 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223

© 2000 - 2021 ULTRASONEX-AMFODENT.RU.
Копирование материалов разрешено исключительно при условии цититирования.