При создании контакта металла с полупроводником возникает диффузия электронов из вещества с меньшей работой выхода в вещество с большей работой выхода. При этом происходит перераспределение зарядов, которое вызывает появление электрического тока и контактной разности потенциалов φм- - φп (рис.2.8а).
При контакте металла с n-полупроводником, у которого работа выхода меньше, чем у металла,электроны из зоны проводимости полупроводника будут переходить в металл. В результате металл заряжается отрицательно, а в обедненный (из-за ухода электронов) приконтактной области полупроводника возникает нескомпенсированный положительный заряд ионов донорной примеси. Возникает поле, которое будет препятствовать дальнейшему движению электронов в металл.
Контактное электрическое поле на переходе металл-полупроводник сосредоточенно практически только в полупроводнике, т.к. концентрация носителей заряда в металле значительно больше, чем в полупроводнике.
При подключении внешнего источника напряжения в зависимости от его полярности контактное электрическое поле либо будет уменьшаться, либо увеличиваться. В результате в первом случае ток будет возрастать, а во втором будет иметь очень малое значение. Таким образом переход металл-полупроводник обладает выпрямительными свойствами.
Структура перехода металл-полупроводник и вольт-амперные характеристики диода Шоттки (1) и р-n-перехода (2).
Характерной особенностью выпрямляющего перехода металл-полупроводник состоит в том, что токопрохождение здесь осуществляется основными носителями заряда и не приводит к появлению процессов инжекции неосновных носителей с последующим рассасыванием их при переключении напряжения с прямого на обратное.
Следовательно, в диодах Шоттки отсутствует процесс накопления и рассасывания неосновных носителей в базе. Поэтому быстродействие диодов Шоттки значительно выше, чем у диодов с р-n-переходом, что позволяет использовать их в качестве сверхскоростных импульсных диодов (рис.2.8б). Кроме того, диоды Шоттки используют с целью расширения функциональных возможностей , как дополнительные элементы в биполярных и полевых транзисторах.
Туннельные диоды отличаются от обычных выпрямительных диодов тем, что концентрация легирующих примесей в них на несколько порядков выше и составляет (1018 ÷ 1020)см-3. В результате ширина р-n-перехода становится на два порядка меньше (10-2 мкм), чем у других полупроводниковых диодов, что обусловливает высокую (около 105 – 106 В/см) напряженность электрического внутри перехода. Если такой переход подключить к источнику прямого напряжения определенного значения, то механизм протекания тока через переход будет обусловлен туннельным эффектом.
Туннельный эффект p-n-перехода – это квантово-механическое явление туннелирование носителей заряда, когда из-за малой ширины p-n-перехода резко возрастает прозрачность для туннелирующих электронов. Условия для туннелирования возникают при определенной напряженности электрического поля p-n-перехода. Значение этой критической напряженности составляет примерно 8·105 В/см для кремниевых переходов и 3·105 В/см для германиевых. Большая концентрация примесей в n- и p-областях туннельного диода приводит к образованию примесных зон 1 и 2 (рис.2.9а), которые сливаются с зоной проводимости в n-полупроводнике и с валентной зоной в p-полупроводнике. Если на туннельный диод подать небольшое прямое смещение, то электроны из зоны проводимости будут туннелировать на противостоящие им свободные уровни валентной зоны (рис.2.9б).
С повышением прямого смещения прямой туннельный ток будет возрастать и станет наибольшим, когда максимальной концентрации электронов в примесной зоне будет соответствовать максимальное число свободных уровней в валентной зоне (рис.2.9в).
При дальнейшем повышении прямого смещения перекрытие уровней будет уменьшаться, что приведет к снижению туннельного тока (рис.2.9г) и когда примесные зоны прекратят перекрывать друг друга, туннелирование электронов прекратится (рис.2.9д). При этом прямой ток не уменьшится до нуля, так как с повышением прямого смещения начинают возрастать диффузионные потоки электронов и дырок через переход (рис.2.9е).
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.