Физические основы микроэлектроники. Попов В.Ф. - 50 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ТГТУ | Тамбов

Составители: 

Рубрика: 

уровень металла, заряженного до отрицательного потенциала –
1
V , требуется затрата работы, численно равной
1
qV . Эта
работа переходит в потенциальную энергию электрона. Поэтому потенциальная энергия электрона находится на нулевом
уровне отрицательно заряженного металла, будет на
1
qV больше потенциальной энергии электрона, расположенного на
нулевом уровне незаряженного металла. Это и означает, что нулевой уровень металла, заряженного отрицательно,
располагается на
1
qV выше нулевого уровня незаряженного металла. По той же причине нулевой уровень металла,
заряженного положительно, располагается ниже нулевого уровня незаряженного металла. Подобное смещение претерпевают
и другие энергетические уровни проводников 1 и 2, в том числе и уровни Ферми (рис. 45, б). Поэтому при наличии контакта
(даже при абсолютном нуле) электроны с занятых уровней проводника 1 будут переходить на свободные уровни проводника
2, образуя поток n
12
, значительно превосходящий поток n
21
.
Как только уровени Ферми металлов 1 и 2 оказываются на одной высоте, причина, вызывавшая преимущественное
перетекание электронов из проводника 1 в проводник 2, исчезает, так как против заполненных уровней проводника 1
располагаются теперь заполненные с той же степенью заселенности уровни проводника 2. Между проводниками
устанавливается равновесие, которому отвечает равновесная разность потенциалов между ними, равная
)(
12к
1
χ−χ=
q
V
. (10.13)
Ее называют контактной разностью потенциалов. Она определяется разностью работ выхода электронов из
контактирующих проводников.
10.6 Барьер Шоттки
Рассмотрим контакт металла с полупроводником.
Пусть металл М, имеющий работу выхода χ
М
, приведен в контакт с электронным полупроводником П, имеющим
работу выхода χ
П
.
Если χ
М
> χ
П
, то электроны будут перетекать из полупроводника в металл до тех пор, пока химические потенциалы Е
М
и Е
П
выровняются, и не установится равновесие. Между металлом и полупроводником возникает контактная разность
потенциалов V
к
, имеющая примерно тот же порядок величины, что и в случае контакта двух металлов (единицы вольт). Для
получения такой разности потенциалов необходимо, чтобы из полупроводника в металл перетекло примерно такое же число
электронов, как и при контакте двух металлов.
Таким образом, при контакте металлов с полупроводником выравнивание химических потенциалов может происходить
только путем перехода на контактную поверхность металла электронов из граничного слоя полупроводника значительной
толщины. Ионизированные атомы примеси, остающиеся в этом слое, образуют неподвижный объемный положительный
заряд. Так как этот слой практически лишен свободных электронов, а его толщина, как правило, значительно превосходит их
длину свободного пробега, то он обладает очень большим сопротивлением. Поэтому его называют запорным слоем.
На рис. 46, а показаны энергетические схемы металла и электронного полупроводника до приведения их в контакт.
Работа выхода из металла больше, чем из полупроводника. После установления контакта и наступления равновесия в
полупроводнике возникает неподвижный объемный положительный заряд на протяжении толщины запорного слоя (рис. 46,
б). При отсутствии контактного поля энергетические уровни в металле и в полупроводнике изображаются горизонтальными
прямыми. Этим выражается то, что энергия электрона, находящегося на данном уровне, например, на дне зоны
проводимости, во всех точках полупроводника одна и та же. Она не зависит от координат электронов. При наличии
контактной разности потенциалов картина меняется: в слое, в котором сосредоточено контактное поле, на электрон
действует сила, стремящаяся вытолкнуть его из слоя. Преодоление этой силы требует работы, которая переходит в
потенциальную энергию электрона. Поэтому по мере перемещения электрона внутри слоя объемного заряда его
потенциальная энергия увеличивается, достигая максимального значения на границе полупроводника. Это и означает, что
контактное поле вызывает изгиб энергетических зон полупроводника.
Потенциальный барьер, возникающий в выпрямляющем контакте полупроводника с металлом, называют часто
барьером Шоттки. В последние годы на его основе разрабатываются диоды Шоттки (рис. 47), обладающие исключительно
малым временем установления тока при переключении их с прямого направления на обратное.
В современных диодах оно доведено до ≈ 10
-11
с. Это позволяет с успехом применять их в импульсных схемах
радиоэлектроники, вычислительной техники и автоматики, от которых требуется высокое быстродействие, т.е. способность
обрабатывать возможно более короткие и часто следующие друг за другом электрические импульсы.
Невыпрямляющий (антизапорный) контакт полупроводника и металла используют для устройства омических
контактов, посредством которых полупроводниковое устройство подключают к электрической цепи.
а)

Страницы