Физика полупроводников - Лазарь С.С.
Скачать (прямая ссылка):
Существенное отличие от контакта двух металлов возникает в
данном случае вследствие того, что количество свободных
электронов в полупроводнике (даже если включить сюда все
электроны, локализованные на донорах) во много раз меньше, чем в
металле, и вследствие этого слой, обедненный электронами, в
полупроводнике будет во много раз толще.
Проиллюстрируем это следующим примером. Пусть контактная
разность потенциалов и толщина зазора будут те же, что и в
рассмотренном выше случае двух металлов VK = 1 в и d = К)-7 см.
Тогда, повторив те же расчеты, мы получим число электронов,
перешедших из полупроводника в металл, равное 5• 1012.
Предположим, что число доноров в единице объема полупроводника
5-1016, тогда, для того чтобы создать такой заряд, нужно
ионизировать все доноры на значительном расстоянии от
поверхности (di = 10-4 см), в 1000 раз большем, чем толщина зазора.
Следовательно, в полупроводнике возникнет значительный слой
объемного заряда, в котором плотность заряда будет постоянна,
поле будет возрастать линейно, потенциал - квадратично (рис.
1.17)7 Основное падение потенциала будет, таким образом,
сосредоточено не в зазоре, а в слое объемного заряда. Учитывая то,
что зазор прозрачен для туннельного эффекта, мы в дальнейшем
будем рисовать схему контакта полупроводника и металла так, как
она представлена на рис. 1.17. На этом рисунке слой а - б
настолько удален от уровня Ферми, что в нем почти нет свободных
электронов. Этот слой, обладающий очень большим
сопротивлением, называют запорным слоем.
*) Так как зазор между полупроводником и металлом Прозрачен для
туннельного эффекта, то при рассмотрении явления Пельтье схему контакта
можно еще более упростить (рис. 1.16, в).
том случае, когда работа
выхода полупроводника больше, чем
работа выхода металла, электроны
переходят из металла в
полупроводник и на контакте
электронного полупроводника и
металла образуется слой а - б (рис.
1.18), обогащенный носителями, -
антизапорный слой. Ход потенциала
в этом случае изображен на рис. 1.18.
Антизапорный слой не обладает
выпрямляющими свойствами, и мы
его в дальнейшем рассматривать не
будем. На границе дырочного
полупроводника и металла
запорный слой образуется в том
случае, когда работа выхода
полупроводника больше, чем
металла, и антизапорный - при
обратном соотношении.
Во всех рассмотренных выше
случаях запорные слои образовались
за счет ухода электронов (или
дырок) в металл. Такие запорные
слои называются физическими. В
ряде случаев за счет химического
взаимодействия полупроводника и
металла или специальной обработки
поверхности полупроводника на
контакте образуется слой нового
Рис. 1.17. Контакт электронного по-
лупроводника и металла (с учетом
объемного заряда):
а - распределение заряда; 6 •- ход элек-
трического поля; в - ход электрического
потенциала (без учета скачков потенциала на
поверхности полупроводника и металла); г _ ход
потенциала с учетом скачков потенциала на
поверхности полупроводника н металла; д -
упрощенная зонная диаграмма контакта (без
учета вакуумного зазора).
64
Рис. 1.18. Антизапорный слой на границе
электронный полупроводник - металл:
а - до установления равновесия; б - после
установления равновесия.
Рис. 1.19. Схема образования р-
п перехода на границе
полупроводник - металл.
5-1053
вещества, во своей природе (Являющегося диэлектриком. Такие
запорные слои называются химическими.
В заключение этого раздела еще раз вернемся к рассмотрению
запорного слоя на контакте электронного полупроводника и
металла, но предположим при этом, что разность работ выхода
больше ширины запрещенной зоны полупроводника (рис. 1.19).
При этих условиях на границе с металлом образуется слой
дырочного полупроводника (слой а - б на рис. 1.19) *' с относительно
низким сопротивлением; на некотором рас- f' стоянии от границы
полупроводник становится электрон- - ным, в точке х0 имеет место
переход от дырочной проводи- . мости к электронной - так
называемый р-п переход.
; В этом случае выпрямление будет происходить не на гра- : нице
полупроводника с металлом, а на р-п переходе.
ВЫПРЯМЛЕНИЕ НА КОНТАКТЕ ПОЛУПРОВОДНИКА
И МЕТАЛЛА
Процесс протекания тока через выпрямляющий контакт
существенно зависит от того, испытывают ли электроны соударения
при прохождении через запорный слой или нет. Первый случай
реализуется тогда, когда длина свободного пробега I электрона
меньше толщины запорного слоя d, второй - при обратном
соотношении.
В соответствии с этим существует две теории выпрямления:
диффузионная (I < а) и диодная (I > d) (см. гл. 8).
Начнем с рассмотрения тонкого запорного слоя d <С I. В этом
случае механизм протекания тока через запорный слой ничем не
отличается от протекания тока через вакуумный промежуток между
двумя металлами *К Поэтому теория выпрямления имеет точно
такой же вид, как и в рассмотренном выше случае контакта двух
