Министерство образования РФ
ВлГУ
Кафедра КТРЭС
Выполнил:
студент гр. РЭ-100
Проверил:
Лабораторное задание:
Температурные зависимости двух контактов металл-полупроводник с различными типами проводимости (n и p тип) пересекаются в трёх точках. Металл в обоих случаях одинаковый (AВЫХме<AВЫХпп). Нарисовать зонную диаграмму в переходной области и за её пределами. Качественно оценить типы контактов – проводящие или непроводящие. Привести качественное истолкование процессов в переходной области и за её пределами.
Выполнение:
Температурные зависимости двух контактов металл-полупроводник с различными типами проводимости (n и p тип) пересекаются в трёх точках. Такой случай показан на рисунке 1.
![]() |
Рисунок 1
Зависимость с полупроводника от температуры
На рисунке 1 температурные зависимости двух контактов металл-полупроводник с типами проводимости n и p пересекаются в трёх точках. В области 1 происходит увеличение низких температур. При этом энергия носителей в примесной зоне значительно меньше kT (E1<kT), примесные уровни полностью заполнены. При дальнейшем увеличении температуры энергия носителей возрастает и приближается к значению kT. При этом наблюдается переход носителей с примесных уровней в зону проводимости. Следствием этого процесса является увеличение величины удельной проводимости. Она определяется по формуле:
|
где σ – удельная электропроводность;
σ1 – удельная электропроводность обусловленная переходом носителей из валентной зоны в зону проводимости;
σ2 – удельная электропроводность обусловленная переходом носителей из примесной зоны в зону проводимости;
ΔW1 – энергия активации примеси;
ΔW – энергия ширины запрещённой зоны;
k – коэффициент Больцмана;
T – термодинамическая температура.
При
температуре Т3 у обоих контактов наступает истощение донорных
уровней, все носители заряда на донорном уровне перешли в валентную зону. У
функциональных зависимостей 1 и 2 наблюдаются разные углы наклона к оси абсцисс
(Рисунок 1). Здесь наблюдаются различные энергии активации примесей у данных
материалов. Угол наклона графика 1 больше угла наклона графика 2. Угол наклона
графика прямо пропорционален тангенсу этого угла и обратно пропорционален
энергии активации примеси. Следовательно, т.к. у первого графика угол наклона
больше, чем у второго, то энергии активации примеси первого графика
сравнительно меньше, чем у второго. Тангенсу угла наклона графика в области 3
соответствует составляющая формулы 1.
Область 2 на рисунке 1 обусловлена полной ионизацией примесных уровней. Т.к. примесные уровни истощены, то изменений в удельной проводимости не наблюдается в интервале температур от Т3 до Т2 (Т1).
При достижении
температуры Т2 энергия носителей заряда в валентной зоне доходит до
значения энергии ширины запрещённой зоны. Проводимость на данном этапе
переходит в собственную и резко возрастает при дальнейшем увеличении
температуры. Такой момент у приведенных материалов происходит при различных
значениях температуры. Это является следствием различия ширины запрещённых
зон полупроводников. У первого образца ширина запрещённой зоны мала по
сравнению со вторым, т.к. угол наклона графика удельной проводимости к оси
абсцисс прямо пропорционален тангенсу этого угла и обратно пропорционален
энергии ширины запрещённой зоны. У второго графика угол наклона меньше, значит,
энергия ширины запрещённой зоны у этого образца больше, поэтому переход
носителей в данной ситуации осуществляется при большей температуре. Тангенсу
угла наклона графика в области 1 соответствует составляющая формулы 1.
По условию лабораторной работы металл в обоих случаях одинаковый и его работа выхода электронов меньше работы выхода электронов полупроводника: AВЫХме<AВЫХпп. При контакте металл-полупроводник в соединениях такого рода наблюдается искривление энергетических зон в приконтактной области полупроводника. Внутреннее поле, которое возникает при таком контакте, не проникает в металл в следствие его высокой теплопроводности. В приконтактной области зонная диаграмма имеет разные виды для полупроводников разного типа проводимости (Рисунок 2,3).
![]() |
|||
![]() |
|||
|
|||
Рисунок 2
Контакт металл-полупроводник n типа для случая AВЫХме<AВЫХпп
![]() |
|||
|
|||
![]() |
Рисунок 3
Контакт металл-полупроводник p типа для случая AВЫХме<AВЫХпп
При контактеметалл-полупроводник n типа для случая AВЫХме<AВЫХпп (Рисунок 2) электроны из металла выходят в больших количествах чем из полупроводника. Под действием градиента концентрации часть электронов из металла диффундирует в приконтактную область полупроводника, в связи с чем там создаётся повышенная концентрация электронов. В полупроводнике n типа за счёт большей энергии активации и большей ширины запрещённой зоны выход электронов имеет невысокое значение, поэтому из полупроводника n типа они почти не попадают в металл. В свою очередь в приконтактной области в металле наблюдается малая концентрация электронов. Этот приконтактный слой в переходной области обеднён носителями заряда и имеет высокое сопротивление, в частности за счёт большей энергии активации и большей ширины запрещённой зоны. Возникает внутреннее электрическое поле EВНУТ. Значит, такой контакт обладает вентильными свойствами и при введении внешнего поля или разности потенциалов он будет либо пропускать, либо ограничивать протекающий через него ток. Это выпрямляющий контакт.
При контактеметалл-полупроводник p типа для случая AВЫХме<AВЫХпп (Рисунок 3) электроны из металла выходят в больших количествах чем из полупроводника. Кроме того, выход электронов из полупроводника усиливается за счёт меньшей энергии активации и меньшей ширины запрещённой зоны. Под действием градиента концентрации часть электронов диффундирует в приконтактную область полупроводника, в связи с чем там наблюдается повышение концентрации электронов. Запирающего слоя не будет, т.к. в обоих преграничных областях будет наблюдаться повышенное содержание электронов, они будут обогащёнными. Удельное сопротивление переходного слоя будет малым. При введении внешнего электрического поля ток через такой контакт будет протекать в обоих направлениях. Следовательно, этот контакт не обладает вентильными свойствами и не является выпрямляющим.
Контакт металл-полупроводник n типа является выпрямляющим контактом, т.к. вентильным свойствам такого контакта способствует большая энергия активации примесей и большая ширина запрещённой зоны в полупроводнике n типа, т.к. ограниченный выход электронов способствует установлению односторонней проводимости (Рисунок 1 график 2).
Контакт металл-полупроводник p типа является невыпрямляющим контактом, т.к. отсутствию вентильных свойств такого контакта способствует меньшая энергия активации примесей и меньшая ширина запрещённой зоны в полупроводнике p типа, т.к. большой выход электронов способствует установлению двусторонней проводимости (Рисунок 1 график 1).
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.