Физика полупроводников - Лазарь С.С.
Скачать (прямая ссылка):
одинаков в Iei = /s2.
69
Число атомов на поверхности металла ~1015; следовательно, в
первом металле всего лишь приблизительно 1% поверхностных
атомов будет ионизован, а во втором такое же количество атомов
получит избыточный заряд. После этого уровни химического
потенциала сравняются. При этом электронный ток справа налево
останется прежним, а поток электронов слева направо уменьшится,
так как, для того чтобы перейти из первого металла во второй,
электрону надо преодолеть не только работу выхода Wu но и
разность потенциалов в зазоре Кк:
/.! = A exp ( - ) = /,а, (1.74)
и результирующий ток / = lsl - /в2 = 0.
Посмотрим теперь, что произойдет, когда к контакту будет
приложена некоторая разность потенциалов V от постороннего
источника электродвижущей силы.
ВЫПРЯМЛЕНИЕ НА КОНТАКТЕ ДВУХ МЕТАЛЛОВ
Рассмотрим два случая: первый, когда внешняя
разность потенциалов V складывается с контактной (рис. 1.15,6) и
полное падение напряжения на зазоре равно их сумме Vi = VK + V, и
второй, когда внешняя разность потенциалов приложена в
обратном направлении V2 = VK - V (рис. 1.15, в) *>.
Как видно из рисунка, в обоих случаях электронный ток справа
налево останется неизменным /2 = 1е, а ток слева направо в первом
случае уменьшится:
IX = A exp ( - Wi+e?" + V) ) = /де~ &, (1.75)
а во втором - увеличится:
Л = A exp [ - Wi+ej%*~^ ] = Is^ ; (1.76)
результирующий ток в первом случае будет направлен справа
налево:
еУ
I = h - h = Ia(l-е~ ftT), (1.77)
а во втором - слева направо:
еУ
/ = h - Л = /<s (е ftT - 1 )• (1.78)
*) В последнем случае мы будем предполагать, что V < Ув.
60
Можно объединить формулы (1.77) и (1.78), если току и
напряжению будем приписывать положительный знак, когда они
направлены слева направо, и отрицательный - для обратного
направления; тогда в обоих случаях
еУ
/ = /" (eftT - 1). (1.79)
Как видно из (1.79), контакт обладает выпрямляющими
свойствами: при положительном знаке V ток экспонен-
Рис. 1.15. Схема контакта двух
металлов:
а - в отсутствие внешнего напряже-
ния; б - при напряжении, приложен-
ном в запорном направлении eUi =
*=aVK + eV; в - при напряжении, при-
ложенном в пропускном направлении
*V. - eVK - eV.
циально возрастает, при отрицательном - асимптотически
приближается к ls.
Полученная выше формула, по крайней мере качественно,
описывает выпрямление на контакте полупроводника и металла й
на контакте двух полупроводников.
Единственный случай, когда она до недавнего времени не
подтверждалась на практике, это тот, для которого мы ее вывели:
контакт двух металлов при обычных условиях не обладает
выпрямляющим свойством.
Объясняется это тем, что при соприкосновении двух металлов
зазор между ними становится очень тонким
67
и поэтому прозрачным для туннельного эффекта; при этих условиях
сопротивление контакта становится чрезвычайно малым и
одинаковым для обоих направлений тока.
Если между металлами поместить очень тонкий слой
диэлектрика и таким образом увеличить ширину зазора, то
туннельный эффект можно исключить, и тогда все выводы,
сделанные выше, будут справедливы. Такие опыты действительно
производились и подтвердили теорию, развитую выше. За последнее
время начали разрабатываться специальные типы выпрямителей и
нелинейных сопротивлений, основанных на выпрямляющих
свойствах контакта двух металлов, разделенных изоляционной про-
слойкой. Слой, обедненный электронами, достаточно толстый,
чтобы исключить туннельный эффект, образуется при
определенных условиях на контакте полупроводника и металла.
Этот случай мы и рассмотрим ниже.
КОНТАКТ ПОЛУПРОВОДНИКА И МЕТАЛЛА
Условия равновесия. Рассмотрим контакт электронного
полупроводника и металла, причем предположим, что работа
выхода полупроводника меньше работы выхода металла (рис. 1.16,
а).
Валентная
зона
6)
в)
Рис. 1.16. Контакт электронного полупроводника и металла: а - положение
энергетических уровней полупроводника' и металла до уста* новления равновесия; б -
схема распределения потенциала на контакте полупроводник - металл в равновесии без
учета объемного заряда; в - контакт электронный полупроводник - металл в наиболее
схематичном виде (без объемного заряда и вакуумного промежутка).
В этом случае в первый момент поток электронов из по-
лупроводника будет больше, чем из металла, и металл начнет
заряжаться отрицательно, а полупроводник -
62
положительно; этот процесс будет продолжаться до тех пор, пока
возникшая вследствие этого разность потенциалов не
скомпенсирует разность работ выхода. Таким образом,
схематически процесс установления равновесия будет происходить
так же, как на контакте двух металлов (рис. 1.16, б). Однако
картина, представленная на этом рисунке, является лишь очень
грубой схемой, применимой, впрочем, для рассмотрения ряда
контактных явлений (например, явления Пельтье) *>, но
недостаточной для понимания явления выпрямления.
