Получение навыков количественных оценок эффектов и явлений в структуре полупроводников и интегральных микросхем, страница 23

В неравновесном состоянии в приконтактной области все уровни искривляются, концентрация носителей при этом становится равной:

То есть переходная область будет перенасыщена носителями, её сопротивление будет меньше, чем у исходного полупроводника.

Выводы:

1.  В зависимости от соотношений работ выхода в приконтактных слоях полупроводника формироваться области с повышенной концентрацией носителей – антизапорные слои.

2.  Направления векторов внутренних электрических полей будут различными.

Свойства контакта металл-полупроводник

Отмеченные особенности контактов используются на практике для достижения различных целей:

1.  для формирования диодов Шоттки (обладают пониженным напряжением отпирания) в составе интегральных микросхем;

2.   для формирования контактов с минимальным выходным сопротивлением.

Свойства контакта металл-полупроводник в состоянии термодинамического равновесия отличаются от характеристик этого же контакта при приложении внешнего электрического поля. Представим, что переход включен в электрическую цепь.

Потенциальная энергия электронов в электрическом поле:

где U – разность потенциалов.

Приложение внешнего электрического поля с противоположной по отношению к вектору внутренней напряженности ориентацией сопровождается увеличением энергии электронов на величину . Все энергетические уровни за пределами переходного слоя поднимаются вверх на величину , а за  пределами на зависящую от координаты. Тогда изменение высоты потенциального барьера:

Следовательно, уменьшается высота потенциального барьера, а значит, изменяется толщина переходной области:

Лекция № 23

Для тока, протекающего из полупроводника в металл, справедливо выражение:

.

В стационарном состоянии в результате увеличения потенциального барьера ток остался равным неизменному .

Если прикладывать смещение таким образом, что вектор внешнего поля будет противоположен вектору внутреннего поля, то ток термоэлектронов увеличится:

тогда результирующий ток через контакт в зависимости от внешнего смещения:

где j_Т – температурный потенциал,

I_S –  ток насыщения.

В реальных p – n переходах ток насыщения меняется в пределах от сотых долей  мкА до единиц мА.

Из рисунка видно, что обратный ток мал по сравнению с прямым, однако, они связаны между собой.

Электронно-дырочный переход в приконтактной области

металл- полупроводник

Исследование процессов приконтактной области металл- полупроводник с учетом ранее отброшенных факторов позволило установить некоторые закономерности.

Рассмотрим зонную диаграмму контакта электронного полупроводника с металлом, когда работа выхода из полупроводника меньше работы выхода из металла.

В приконтактной области полупроводника вследствие изгиба вверх зон создаются условия для увеличения концентрации дырок. Концентрация электронов вблизи границы меньше, чем концентрация дырок, следовательно, дырочный полупроводник в приконтактной области становится дырочным. То есть имеет место инверсия типа проводимости.

Концентрация дырок в приконтактной области:

Если выполняется условие

то высота потенциального барьера:

Получаем, что у границы будет дырочный тип проводимости, а на удалении от неё  - электронный. Это означает:

1.  что произошла инверсия типа проводимости;

2.  существует граница смены типов проводимости;

3.  существует переходная область между полупроводниками р и n типа;

4.  проводимость переходной области контакта будет величиной непостоянной.

То есть у контакта есть глобальная переходная область, внутри которой встроена локальная.

При повышении высоты потенциального барьера, когда  будет уменьшаться и становится меньше (W - e), точка, в которой концентрации электронов и дырок равны будет смещаться от границы контакта вглубь переходной области, то есть толщина слоя с инвертированным типом проводимости возрастает.