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

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.