Справочник по физике для инженеров и студентов - Яворский Б.М.
ISBN 5-488-00330-4
Скачать (прямая ссылка):
8°. В классической электронной теории металлов внутренняя контактная разность потенциалов рассматривается как следствие различия концентраций гс0 электронов проводимости в контактирующих металлах. В состоянии равновесия диффузионный поток электронов из металла с большим значением гс0 в металл с меньшим значением гс0 полностью компенсируется потоком электронов в обратном направлении под влиянием электрического поля контактного слоя. Соответствующее выражение для внутренней контактной разности потенциалов имеет вид
Л<Р12КЛ=^Ш^. е 02
Это значение отлично от точного значения Д(р12 (п. 6°). Оно может быть использовано только для качественного рассмотрения зависимости внутренней контактной разности потенциалов от температуры.
9°. Внешней контактной разностью потенциалов называют разность потенциалов между двумя точками, находящимися вблизи поверхностей первого (Cp1 ) и
второго (<р2 ) контактирующих металлов вне их. Из условия равенства электрохимических потенциалов электронов в контактирующих металлах следует, что
. / / / -A-і — Ап
12 = tPi “ Фг = ”—”— »
где A1 и A2 — работы выхода электронов из первого и второго металлов.
432 IV.Б. КОНТАКТНЫЕ ТЕРМОЭЛЕКТР. И ЭМИССИОН ЯВЛЕНИЯ
2. КОНТАКТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ В ПОЛУПРОВОДНИКАХ
Iе. Работой выхода А (термодинамической работой выхода) электрона из полупроводника называют наименьшую энергию, которую нужно затратить для удаления электрона из полупроводника в вакуум, если начальная энергия электрона в полупроводнике равна электрохимическому потенциалу. Уровень энергии, равной электрохимическому потенциалу, обычно называют уровнем химического потенциала или уровнем Ферми полупроводника. Его положение по отношению к дну зоны проводимости определяется, как и для металлов, значением химического потенциала [I (обычно (і < О, т. е. уровень Ферми в полупроводниках, в отличие от металлов, располагается ниже дна зоны проводимости).
2°. Если металл привести в контакт с полупроводником, то так же, как и при контактировании двух металлов, должно произойти выравнивание электрохимических потенциалов электронов в металле и полупроводнике — «выравнивание уровней Ферми», осуществляющееся в результате перехода электронов из тела с меньшей работой выхода в тело с большей работой выхода. При этом между металлом и полупроводником устанавливается контактная разность потенциалов, обусловленная двойным электрическим слоем, образующимся в области контакта и называемым контактным слоем. Вследствие малой концентрации носителей тока в полупроводнике (порядка (IO20—IO22) м 3 вместо IO28 м_3 в металлах) толщина контактного слоя в полупроводнике достигает (IC)-7—IO-6) м, т. е. на несколько порядков больше толщины контактного слоя в металлах. В пределах этого слоя в полупроводнике распределен объемный заряд и существует контактное электрическое поле. Знак объемного заряда зависит от соотношения между работами выхода электрона из металла (A1) и из полупроводника (A2): если A1 > A2, то объемный заряд положительный, а если A1 < A2 — отрицательный.
3°. Вследствие существования электрического поля контактного слоя потенциал в точках этого слоя полупроводника при A1 > A2 ниже, чем в остальном объеме полупроводника, а при A1 < A2 — выше. Поэтому, если Ai > A2, то при прочих равных условиях энергия элект-
IV.5.2. КОНТАКТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ В ПОЛУПРОВОДНИКАХ 433
ронов в контактном слое полупроводника больше, чем в остальном объеме. Так как электрохимический потенциал во всех частях полупроводника одинаков, то в контактном слое дно зоны проводимости поднимается вверх, удаляясь от уровня Ферми, а верхний край валентной зоны также поднимается вверх, приближаясь к уровню Ферми. При этом ширина запрещенной зоны AWr0 между верхним краем валентной зоны и дном зоны проводимости остается такой же, как и в остальном объеме полупроводника.
Если A1 < A2, то направление вектора напряженности контактного электрического поля изменяется на противоположное, так что потенциал в точках контактного слоя полупроводника выше, чем в остальном объеме. Поэтому в контактном слое дно зоны проводимости опускается вниз, приближаясь к уровню Ферми, а верхний край валентной зоны также опускается вниз, удаляясь от уровня Ферми.
4°. Возможны следующие четыре случая контакта металла с примесными полупроводниками (рис. IV.5.1):
а) A1 > A2, полупроводник гг-типа.
Объемный положительный заряд обусловлен избытком в контактном слое полупроводника положительных ионов донорных примесей. Контактный слой полупроводника обеднен основными носителями тока — электронами в зоне проводимости. Поэтому удельное сопротивление контактного слоя во много раз больше удельного сопротивления остальной части полупроводника. Такой контактный слой называют запирающим;
б) A1 > A2, полупроводник р-типа.
В контактном слое полупроводника имеется избыток основных носителей тока — дырок в валентной зоне.
Поэтому контактный слой обладает повышенной проводимостью. Такой контактный слои называют антизапирающим;
в) A1 < A2, полупроводник гг-типа.