Напівпровідникові прилади на основі p-n переходу, страница 8

В структурах  р-і, n-і, як відомо, і-область є досить високоомною. Тому в приладах на базі таких структур зовнішня напруга буде розподілена між іонізованою областю та і-напівпровідником. Така особливість, з одної сторони, приводить до зростання падіння напруги на приладі при прямій прикладеній напрузі, до зменшення величини прямого струму, до зростання величини зворотнього струму при зворотній напрузі, але, з іншого боку, прикладання високої напруги не буде приводити до високої напруженості в іонізованій області. Тому такі напівпровідникові прилади знаходять використання для випрямлення високих напруг – в електроімпульсних технологіях, в телевізійній техніці і т.д. Побудова таких приладів базується не на використанні р-і або n-і структур, а на основі побудови структур р-і-n типу. В таких приладах напруженість електричного поля знижується за рахунок наявності області з власною електропровідністю. Перехід р-і-n в такій структурі має, порівняно з р-n переходами значно більшу величину l, а контактна різниця потенціалів має ступінчату форму.

В структурах р-р+ та інших з електропровідністю одного типу різниця в рівнях Фермі та інших з електропровідністю одного типу різниця в рівнях Фермі буде значно меншою, ніж в вище розглянутих, тому в них не створюються іонізовані області. Внаслідок цього їх опір визначається опором високоомної області. При протіканні струму безпосередньо на контакті падає невелика частина напруги, що не дозволяє забезпечити вентильні властивості. Але в той же час вони використовуються при побудові омічних контактів.

Контакт метал-напівпровідник

Розглянемо особливості контакту металу з напівпровідником р- типу, для яких рівні Фермі характеризуються  нерівністю:

WФМ > WФр .

Відповідно до неї, енергія електронів металу вища енергії основних носіїв заряду напівпровідника. Тому електрони з металу будуть переміщуватись  в напівпровідник. Цей процес буде продовжуватись до того часу, доки рівні Фермі в приконтактній області не вирівняються. В результаті в напівпровіднику р- типу створюється надлишковий заряд електронів, які рекомбінують з дірками. Тому в приконтактній області зменшується кількість дірок і порушується електростабільність. В результаті в р- області від’ємно зарядженими іонами створюється негативний об’ємний заряд (рис. 3.3). Електрони, що залишають метал, також порушують електронейтральність металу в приконтактній області, і завдяки цьому створюється позитивний об’ємний заряд. В результаті на межі розподілу створюється контактна різниця потенціалів, а  створене нею електричне поле перешкоджатиме подальшому переміщенню електронів з металу в напівпровідник і сприяти переміщенню неосновних носіїв р- напівпровідника в метал.

За аналогією з р-n переходом, в усталеному режимі встановлюється рівновага між переміщенням основних і неосновних носіїв, і результуючий струм дорівнює нулю. Оскільки приконтактна область напівпровідника збіднена основними носіями, то вона має низьку електропровідність.

Внаслідок того, що потенційний бар’єр створюється за рахунок електронів металу, в структурі відсутнє явище накопичення зарядів і їх розсмоктування.

При наявності зовнішньої напруги з’являється допоміжне електричне поле. Якщо напруга прикладається (+) до напівпровідника, то потенційний бар’єр знижується, оскільки електрони будуть відбиратись в зовнішнє коло. При цьому кількість рекомбінацій знизиться, і провідність приконтактної області зросте.

Якщо прикласти зовнішню напругу протилежної полярності, то кількість рекомбінацій зросте і зросте опір приконтактної області. Звідси витікає, що контакт метал-напівпровідник має вентильні властивості. На відміну від р-n переходу, цей контакт має суттєі  переваги. Оскільки в ньому відсутні явища накопичення і розсмоктування зарядів,  то він  забезпечує значно більшу швидкодію і значно менше падіння напруги на контакті. Такий перехід має назву переходу Шоткі. На його основі будуються діоди Шоткі.

Омічні контакти