ФИЗИКА ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ БАРЬЕРНЫХ СТРУКТУР

Контактные явления в полупроводниках

Контактные явления в полупроводниках. Физика энергетического барьера на границе двух сред. Двойной электрический слой и его роль в формировании барьерных структур. Распределение поля и заряда в барьере. Высота и ширина барьера. Образование контакта металл - полупроводник. Выпрямление на контакте.

В основе контактных явлений лежат физические процессы, протекающие в полупроводнике под действием электрического поля, возникающего на контакте. В полупроводнике в отсутствие внешнего электрического поля объемный заряд равен нулю. При наличии поля произойдет перераспределение носителей заряда, в результате чего в полупроводнике появится объемный заряд и внутреннее электрическое поле.

В области, прилегающей к поверхности полупроводника, распределение концентрации носителей заряда изменяется по сравнению с объемом. В приповерхностной области будет наблюдаться пониженная или повышенная концентрация электронов в зависимости от полярности приложенного поля. Избыточная концентрация электронов (или дырок), а значит и объемный заряд, будут уменьшаться с увеличением расстояния от поверхности вглубь полупроводника. Напряженность поля объемного заряда также будет максимальной на поверхности полупроводника.

Электрическое поле изменит потенциальную энергию электронов на величину, равную и(г)= -е(р(т), где (р{у) - потенциал поля. Следовательно, электрическое поле вызовет искривление зон энергии полупроводника (рис.2.1, 2.2). При этом смещение испытывают все уровни, в том числе и уровни примеси, лежащие в запрещенной зоне.

В результате искривления зон в приповерхностной области полупроводника может измениться тип основных носителей заряда. Такой слой называется инверсным или обращенным слоем. В таком полупроводнике на некотором расстоянии от поверхности имеется слой с собственной проводимостью (/-слой) и уровень Ферми проходит посередине запрещенной зоны. Эта область носит название физического р-п перехода. Она исчезает при снятии внешнего электрического поля.

Для перевода электрона из полупроводника в вакуум необходимо затратить энергию. Если за начало отсчета принять энергию электрона Еа, покоящегося в вакууме, то для перевода электрона с уровня Ес в вакуум без сообщения ему кинетической энергии потребуется энергия, равная = Еа - Ес,

которая называется истинной работой выхода. Следовательно, на границе полупроводника существует энергетический барьер, препятствующий выходу электронов из кристалла. Его могут покинуть лишь электроны, обладающие энергией, достаточной для преодоления барьера. Чем выше температура кристалла, тем больше будет в нем таких электронов. Явление выхода электронов из вещества называется термоэлектронной эмиссией. Термодинамическая работа выхода равна

Контактная разность потенциалов равна разности работ выхода контактирующих веществ. Если контактируют два металла, внутренняя контактная разность потенциалов определяется разностью энергий Ферми изолированных металлов.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >