Электрохимия полупроводников. Батенков В.А. - 21 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

АлтГУ | Барнаул

Составители: 

Рубрика: 

21
Структура контакта металл – полупроводник. На рисунке 7 приведена энергетиче-
ская схема контакта металл – полупроводник п-типа с промежуточным слоем
δ. Этот тонкий
слой, обычно толщиной в несколько нанометров, формируется из-за присутствия на поверх-
ности полупроводника его частично нарушенного и/или окисленного слоя. Природа, струк-
тура, свойства этого слоя существенно влияют на ВАХ контактов МП (см. п. 3.6.2).
E
E
∞
e
∆
V
δ
e
ч
Ф
М
=
e
ц
m
Ф
b
+
+ +
e
ц
k
+
+
+
+
Q
SC
E
C
E
Fm
E
Fn
Q
SS
e
ц
s
eV
n
Д
E
g
Q
MS
д L
1
E
V
0
д
L
1
x
Металл П о л у п р о в о д н и к
Рис. 7. Энергетическая схема контакта металл – полупроводник
п-типа с тонким промежуточным слоем толщиной δ
E
Fm
и E
Fn
– уровень Ферми электронов металла и полупроводника п-типа, находящихся в
контакте при термодинамическом равновесии; Ф
М
и Ф
SC
(= еχ + еV
п
) – работа выхода электро-
на из металла и полупроводника, эВ; е
χ – энергия переноса электрона с нижнего уровня зоны
проводимости Е
С
на нулевой уровень в незаряженном вакууме Е
∞
, эВ; Е
D
= еV
п
– смещение
уровня Ферми от уровня Е
С
в полупроводнике п-типа, легированного донорной примесью D, эВ;
еϕ
k
– изгиб энергетических зон полупроводника, который зависит от разности Ф
М
и Ф
SC
;
Ф
b
– высота барьера контакта металл – полупроводник, Ф
b
= еϕ
b
,
эВ; еϕ
s
– энергетические
уровни поверхностных состояний; Q
SS
, Q
MS
– плотность заряда поверхностных состояний по-
лупроводника, металла; Q
SC
– плотность объёмного заряда в полупроводнике; L
1
≡ L
±
– тол-
щина области пространственного заряда полупроводника;
∆V
δ
– падение потенциала в про-
межуточном слое;
δ – толщина промежуточного слоя; ∆E
g
– ширина запрещённой зоны.
При контакте полупроводника с металлом, как и при контакте с электролитом, электроны
из одной фазы будут переходить в другую до тех пор, пока при термодинамическом равнове-
сии уровни Ферми электронов (их электрохимические потенциалы) в металле E
Fm
и полупро-
воднике E
Fn
(см. рис. 7) не будут равными (см. аналогичное условие (1.6)). При этом в отличие
от металла, в полупроводнике, из-за малой концентрации в нём носителей тока, возникает об-
ширная область пространственного заряда (ОПЗ) толщиной L
1
(≡ L
±
).
На рисунке 7 приведён практически важный случай, когда работа выхода электрона из метал-
ла Ф
М
(до контакта) больше работы выхода электрона из полупроводника Ф
SC
(см. уравнения (1.3) и
(1.4)). Поэтому при их контакте электроны из полупроводника будут переходить в металл, и после
установления равновесия ОПЗ полупроводника будет иметь избыточный положительный заряд в
виде неподвижных катионов донорной примеси. Уход из ОПЗ электронов – подвижных носителей
заряда – приводит к увеличению его сопротивления. Этот физический барьер называют
барьером
Шоттки
, так как именно Шоттки в 1938 г высказал предположение, что неподвижный простран-
ственный заряд полупроводника создаёт потенциальный барьер на контакте МП. Согласно
физиче-
      Структура контакта металл – полупроводник. На рисунке 7 приведена энергетиче-
ская схема контакта металл – полупроводник п-типа с промежуточным слоем δ. Этот тонкий
слой, обычно толщиной в несколько нанометров, формируется из-за присутствия на поверх-
ности полупроводника его частично нарушенного и/или окисленного слоя. Природа, струк-
тура, свойства этого слоя существенно влияют на ВАХ контактов МП (см. п. 3.6.2).
                E                                                            E∞
                                               e∆ Vδ

                                                                      eч
                        ФМ =   eц m
                                          +
                               Фb             + +                     eц k
                                          +       +
                                              +       +Q SC                          EC
                 E Fm                                                                E Fn
                                              Q SS       eц s
                                                                    eV n          ДEg
                            Q MS

                                      д                  L1                          EV

                                    0 д                         L1               x
                        М ет ал л                       П о л у п р ов о д н и к

             Рис. 7. Энергетическая схема контакта металл – полупроводник
                   п-типа с тонким промежуточным слоем толщиной δ
EFm и EFn – уровень Ферми электронов металла и полупроводника п-типа, находящихся в
контакте при термодинамическом равновесии; ФМ и ФSC (= еχ + еVп) – работа выхода электро-
на из металла и полупроводника, эВ; еχ – энергия переноса электрона с нижнего уровня зоны
проводимости ЕС на нулевой уровень в незаряженном вакууме Е∞, эВ; ЕD = еVп – смещение
уровня Ферми от уровня ЕС в полупроводнике п-типа, легированного донорной примесью D, эВ;
еϕk – изгиб энергетических зон полупроводника, который зависит от разности Ф М и ФSC;
Фb – высота барьера контакта металл – полупроводник, Фb = еϕb, эВ; еϕs – энергетические
уровни поверхностных состояний; QSS, QMS – плотность заряда поверхностных состояний по-
лупроводника, металла; QSC – плотность объёмного заряда в полупроводнике; L1 ≡ L± – тол-
щина области пространственного заряда полупроводника; ∆Vδ – падение потенциала в про-
межуточном слое; δ – толщина промежуточного слоя; ∆Eg – ширина запрещённой зоны.

       При контакте полупроводника с металлом, как и при контакте с электролитом, электроны
из одной фазы будут переходить в другую до тех пор, пока при термодинамическом равнове-
сии уровни Ферми электронов (их электрохимические потенциалы) в металле EFm и полупро-
воднике EFn (см. рис. 7) не будут равными (см. аналогичное условие (1.6)). При этом в отличие
от металла, в полупроводнике, из-за малой концентрации в нём носителей тока, возникает об-
ширная область пространственного заряда (ОПЗ) толщиной L1 (≡ L±).
       На рисунке 7 приведён практически важный случай, когда работа выхода электрона из метал-
ла ФМ (до контакта) больше работы выхода электрона из полупроводника ФSC (см. уравнения (1.3) и
(1.4)). Поэтому при их контакте электроны из полупроводника будут переходить в металл, и после
установления равновесия ОПЗ полупроводника будет иметь избыточный положительный заряд в
виде неподвижных катионов донорной примеси. Уход из ОПЗ электронов – подвижных носителей
заряда – приводит к увеличению его сопротивления. Этот физический барьер называют барьером
Шоттки , так как именно Шоттки в 1938 г высказал предположение, что неподвижный простран-
ственный заряд полупроводника создаёт потенциальный барьер на контакте МП. Согласно физиче-

                                                              21

Страницы