Физические основы микроэлектроники, конспект лекций, страница 40

U^3/2[I].

  Ускоряющее поле у эмитирующей поверхности понижает потенциальный барьер на ΔФ, как показано на рис. 4.9,б. Этот эффект получил название Шотки. Он приводит к тому, что с ростом положительного потенциала на коллекторе ток эмиссии не сохраняется постоянным Js, а несколько увеличивается (непрерывная кривая на рис. 4.9,а).

  Расчёт показывает, что для полей не слишком высокой напряженности

ΔФ=[q³E/(4πξ₀)]^1/2                                               (4.42)

внешне ускоряющее поле вызывает не только понижение потенциального барьера, но и уменьшение его толщины d, что в полях высокой напряженности делает такой барьер достаточно прозрачным для туннелирования электронов и выхода их из твердого тела. Это явление называется холодной эмиссией электронов.

  Плотность тока холодной эмиссии даётся соотношением:

  j=CE²exp(-a/E)                                          (4.46)

Где C и a – постоянные характеризующие форму потенциального барьера.

Пример 11. Термоэлектронная эмиссия.

  Оксидные катоды, используемые промышленностью, при обычной для них температуре 750°C имеют эмиссию насыщения 5 A/см². Вычислить дополнительный барьер для эмиссии, возникающий из-за образования пространственного разряда, если фактическая эмиссия из катода равна 0,1 А/см².

  Решение. Эмиссионный ток насыщения определяется формулой Ричардсона-Дешмена

Js=AT²exp(-Ф/kT).

Если существует внешнее электрическое поле, обусловленное пространственным разрядом, то ток эмиссии определяется формулой:

,

где ΔФ –дополнительные барьер эмиссии, причем

.

  Подставляя численные значения, получим

4.5. ПОВЕРХНОСТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ В ПОЛУПРОВОДНИКАХ

  Кристаллические поверхности можно рассматривать как обрыв кристаллической решетки, то есть дефект, который приводит к возникновению  дискретных разрешенных уровней энергии (состояний) в запрещенной зоне полупроводника. Эти энергетические состояния получили название уровней  Тамма. Соответствующие им волновые функции электронов имеют максимум на границе кристалла и быстро затухают по мере удаления от поверхности.

Аналогичные поверхностные состояния возникают также из-за адсорбции чужеродных атомов, образования окисных пленок на поверхности и других дефектов.

  Поверхностные состояния могут играть роль доноров, акцепторов и рекомбинационных ловушек. Наличие поверхностных состояний приводит к тому, что поверхность кристалла может быть заряжена. При наличии донорных состояний поверхность заряжается положительно, акцепторных – отрицательно.

  Величина заряда поверхности Qs определяется концентрацией поверхностных состояний Ns и взаимным расположением уровня Ферми и поверхностного уровня. В соответствии с принципом электронейтральности заряд Qs нейтрализуется путем отталкивания одноименных зарядов и притяжении зарядов противоположного знака из объёма полупроводника.

  В результате чего при поверхностном слое образуется двойной электрический слой, экранирующий объём полупроводника от действия внешнего поля. Этот слой оказывается обеднён или обогащён основными носителями заряда в зависимости от знака Qs.

  Кроме того, в приповерхностном слое концентрация носителей заряда и проводимость будут сильно отличаться от своих значений в глубине полупроводника. Всё это вызывает на зонной диаграмме изгиб зон, как показано на рис. 4.10.