На головну

Контакт металу з напівпровідником. Вплив контактного поля на енергетичні рівні напівпровідника. Випрямляють властивості контакту металу з напівпровідником. Діоди Шотткі.

  1. I.1. Образотворчі властивості фронтальної проекції двох-пірамідної системи Хеопса-Голоду
  2. I.5. Образотворчі властивості двухкартінного комплексного креслення двухпірамідной системи Хеопса-Голоду
  3. II. Вплив монголо-татарського ярма на розвиток російських земель.
  4. II. Системи збудження СД і їх основні властивості
  5. P-n перехід, його властивості, види пробоїв
  6. Pn-перехід і його властивості.
  7. Rigid Body Properties - властивості жорсткого тіла

Контакт двох металів. Контактна різниця потенціалів. Зовнішня і внутрішня контактна різниця потенціалів. Товщина подвійного електричного шару, що виникає в місці контакту двох металів.

Малюнок 8.7.2. - Енергетичні діаграми електронів двох різнорідних металів до з'єднання

Розглянемо два різнорідних металу, що відрізняються роботами виходу и  і рівнями Фермі и  . Нехай для визначеності  і в металі (1) заповнені більш високі енергетичні рівні, ніж в металі (2). Спочатку метали розведені на відстань у багато разів перевищує період кристалічної решітки (рисунок 8.7.2).

Якщо метали привести в зіткнення (створити контакт між ними), то електрони провідності можуть переходити з одного провідника в інший в місці контакту. Робота виходу зменшується зі збільшенням енергії Фермі. Для розуміння явищ в переході метал - метал необхідно взяти до уваги, що енергія Фермі залежить від концентрації вільних електронів в зоні провідності - чим більше концентрація електронів, тим більше енергія Фермі. Це означає, що при утворенні переходу на кордоні «метал - метал» концентрація вільних електронів по різні боки кордону різна - вона більше з боку металу (1) з більшою енергією Фермі. Зміна концентрації електронів від  до  відбувається в деякій області  поблизу кордону розділу між металами, яка називається перехідним шаром (рисунок 8.7.3). Зміна потенціалу електричного поля на переході показано на малюнку 8.7.4.
 У процесі освіти переходу енергії Фермі в металах на кордоні змінюються. Метал з більшою енергією Фермі заряджається позитивно, і, отже, робота виходу з цього металу збільшується.

Малюнок 8.7.3. - Освіта зарядів по різні боки кордону переходу.
 Зміна концентрації вільних електронів в області переходу

Малюнок 8.7.4. - Зміна потенціалу електричного поля в області переходу.

У стані рівноваги енергії Фермі в обох металах стають рівними. Це твердження є очевидним. Електричні потенціали по різні боки переходу різні, а в переході виникає електричне поле. Зрівнювання енергій Фермі є найважливішим чинником, що визначає характер процесів в переході (рисунок 8.7.5).
 різниця потенціалів  контактують металів називається внутрішньої контактної різниці потенціалів, вона визначається з досить великою точністю співвідношенням:
.
 Можна висловити контактну різницю потенціалів через концентрацію електронів в зоні провідності першого і другого металевих провідників:
.
 Зміна потенціалу від  до  відбувається всередині дуже тонкого контактного шару завтовшки .

Малюнок 8.7.5. - Виникнення контактної різниці потенціалів на переході.

потенціали и  електричних полів поблизу поверхонь контактують металів не однакові. Це пов'язано з тим, що прикордонна область металу 1 заряджається позитивно, і одночасно з цим відбувається відносне зміщення енергетичних рівнів електронів в контактують металах: в металі 1 всі рівні зміщуються вниз, а в металі 2, прикордонна область якого має негативний заряд, всі рівні зміщуються вгору. Таким чином, виникає зовнішня контактна різниця потенціалів, обумовлена ??різницею робіт виходу електронів з металу 1 і 2 (рисунок 8.7.5.):
.


Контакт металу з напівпровідником. Вплив контактного поля на енергетичні рівні напівпровідника. Випрямляють властивості контакту металу з напівпровідником. Діоди Шотткі.

У сучасних напівпровідникових приладах крім контактів з p-n-переходить застосовуються контакти «метал - напівпровідник».

Контакт «метал - напівпровідник» виникає в місці зіткнення напівпровідникового кристала n або р-типу провідності з металами. Відбуваються при цьому процеси визначаються співвідношенням робіт виходу електрона з металу  і з напівпровідника  . під роботою виходу електрона розуміють енергію, необхідну для перенесення електрона з рівня Фермі на енергетичний рівень вільного електрона. Чим менше робота виходу, тим більше електронів може вийти з даного тіла.

В результаті дифузії електронів і перерозподілом зарядів порушується електрична нейтральність прилеглих до кордону розділу областей, виникає контактна електричне поле і контактна різниця потенціалів

.  (1.21)

Перехідний шар, в якому існує контактна електричне поле при контакті «метал - напівпровідник», називається переходом Шотткі, По імені німецького вченого В. Шотткі, який перший отримав основні математичні співвідношення для електричних характеристик переходів.

Контактна електричне поле на переході Шоттки зосереджено практично в напівпровіднику, так як концентрація носіїв заряду в металі значно більше концентрації носіїв заряду в напівпровіднику. Перерозподіл електронів в металі відбувається в дуже тонкому шарі, порівнянному з міжатомних відстанню.

Залежно від типу електропровідності напівпровідника і співвідношення робіт виходу в кристалі може виникати збіднений, інверсний або збагачений шар носіями електричних зарядів.

1.  , напівпровідник n-типу (рис. 1.23, а). В даному випадку буде переважати вихід електронів з металу  в напівпровідник, тому в шарі напівпровідника біля кордону розділу накопичуються основні носії (електрони), і цей шар стає збагаченим, т. е. має підвищену концентрацію електронів. Опір цього шару буде малим при будь полярності прикладеної напруги, і, отже, такий перехід не володіє випрямляючих властивостями. Його інакше називають невипрямляющімі переходом.

2.  , напівпровідник p-типу (рис. 1.24, б). У цьому випадку буде переважати вихід електронів з напівпровідника в метал, при цьому в прикордонному шарі також утворюється область, збагачена основними носіями заряду (дірками), що має малий опір. Такий перехід також не володіє випрямляючих властивістю.


 Мал. 1.23. Контакт «метал - напівпровідник», що не володіє випрямляючих властивістю

3.  , напівпровідник n-типу (рис. 1.24, а). При таких умовах електрони будуть переходити головним чином з напівпровідника в метал і в прикордонному шарі напівпровідника утворюється область, збіднена основними носіями заряду і має великий опір. Тут створюється порівняно високий потенційний бар'єр, висота якого буде істотно залежати від полярності прикладеної напруги Якщо  , То можливе утворення інверсного шару (p-типу). Такий контакт володіє випрямляючих властивістю.


 Мал. 1.24. Контакт «метал - напівпровідник», що володіє випрямляючих властивістю

4.  , напівпровідник p-типу (рис. 1.24, б). Контакт утворений при таких умовах володіє випрямляючих властивістю, як і попередній.

Відмінною особливістю контакту «метал - напівпровідник» є те, що на відміну від звичайного p-n-переходу тут висота потенційного бар'єру для електронів і дірок різна. В результаті такі контакти можуть бути за певних умов неінжектірующімі, т. Е. При протіканні прямого струму через контакт в напівпровідникову ділянка не будуть інжектованих неосновні носії, що дуже важливо для високочастотних і імпульсних напівпровідникових приладів.




рентабельність продукції | Р-n-перехід. Методи отримання р-n-переходів. Вольт-амперна характеристика р-n-переходу.

Р-n-перехід. Випрямляють властивості р-n-переходу. Втрата випрямляють властивостей р-n-переходу при високих температурах. | Випрямляють властивості. Пробій р-п переходу. | Фізичні основи роботи випрямляючих діодів. Імпульсні і високочастотні діоди. |

© um.co.ua - учбові матеріали та реферати