Зонная теория металлов, диэлектриков и полупроводников, страница 3

 - плотность состояний в валентной зоне;

а в области сильной ионизации:

.

Из приведенных соотношений следует, что работа выхода электронов из дырочного полупроводника больше, чем из электронного.

Зонные диаграммы контактов.

Сначала несколько слов о контакте металл - металл.

При контакте двух металлов внутри каждого из металлов не возникает электрическое поле. Разность потенциалов, созданная при переходе электронов из металла с меньшей работой выхода в металл с большей работой выхода, сосредотачивается, поэтому, в очень тонком электрическом слое, называемым двойным электрическим слоем, на поверхности их раздела. Лишь только в этом месте происходит резкий скачок потенциала, тогда как уровни Ферми для каждого из металлов лежат на одной и той же энергетической высоте.

В контакте же металл - п/п уровень Ферми металла совпадает на границе соприкосновения с уровнем электрохимического потенциала полупроводника (или уровнем Ферми п/п).

Контакты металл - дырочный полупроводник, металл - электронный полупроводник.

Допустим, что имеем надежный контакт М - эл. П. Если уровень Ферми металла F_м лежит ниже уровня Ферми п/п  F_п, то есть  Ф_м>Ф_п (работы выхода), то поток электронов, вылетающих из п/п и попадающих в металл, в первый момент превышает поток электронов из металла. Значит, металл заряжается отрицательно, а п/п – положительно, в результате чего между ними возникает контактная разность потенциалов  и электрическое поле, препятствующее переходу электронов из п/п в металл. Направленный поток электронов будет иметь место до тех пор, пока уровни Ферми в системе не выровняются, после чего установится динамическое равновесие, характеризующееся равенством термоэлектронных токов , откуда следует, что

 (см. рис.1а).

 

Рис. 1.

Контактная разность потенциалов почти полностью падает в приконтактной области полупроводника. Напряженность электрического поля Е в приповерхностном слое полупроводника, вызванного контактной разностью потенциалов, составляет величину порядка

В приповерхностном слое имеет место изгиб энергетических зон на величину .

 

Рис. 2.

Если Ф_м>Ф_п, то зоны энергии в приконтактной области будут искривлены  кверху (рис.1а,2а), а при Ф_п>Ф_м – книзу (рис.1б,2б). Следовательно, если работа выхода электрона из металла больше, чем из полупроводника, то приконтактная область полупроводника  обогащается дырками, при Ф_п>Ф_м приконтактная  область полупроводника обогащается электронами.

Обогащение приконтактной области полупроводника неосновными носителями заряда, как, например, в электронном полупроводнике при Ф_м>Ф_п (рис.1а) или в дырочном при Ф_п>Ф_м (рис.2б) сопровождается уменьшением проводимости. Слой с пониженной проводимостью называется запирающим.

В том случае, если приконтактная область полупроводника обогащается основными носителями, как, например, в электронном полупроводнике  при Ф_п>Ф_м (рис.1б) или в дырочном при Ф_м>Ф_п (рис.2а), проводимость в приконтактной области повышается. Слой с повышенной проводимостью называется антизапирающим.