Основы теории фотопроводимости - Роуз А.
Скачать (прямая ссылка):
меньше IO6 в/см. С другой стороны, при плотности IO13 CM'2 или больше поверхностные состояния могут поглотить большую часть контактной разности потенциалов в пространстве между полупроводником и металлом и, таким образом, экранировать объем полупроводника от проникновения поля.
Теперь можно перейти к исследованию действия поля, приложенного к полупроводнику, на распределение заряда и потенциала у контакта. Рассмотрим сначала случай (фиг. 42), когда приложенное поле Eai меньше, чем поле в пределах последней дебаевской длины. При мгновенном приложении поля потенциальный барьер понижается меньше чем на Vi и контакт путем диффузии обеспечивает необходимый ток без какого-либо заметного переходного процесса. Это обусловлено тем, что на границе виртуального катода (максимум потенциала), где приложенное поле погашает электрическое поле в пределах последней дебаевской длины, концентрация носителей почти в точности равна их концентрации в полупроводнике. Электрические контакты
Далее, до того как было приложено поле, в области объемного заряда существовало равновесие между диффузионным и дрейфовым токами. Уничтожение электрического поля в области объемного заряда приложенным полем происходит, разумеется, гам, где эти поля имеют равную величину и противоположное направление и где эффективное диффузионное поле численно равно приложенному полю. Следовательно, в области виртуального катода произведение эффективного диффузионного поля на концентрацию носителей равно произведению электрического ПОЛЯ на концентрацию носителей в объеме полупроводника.
Для сопоставления рассмотрим случай, когда приложенное к полупроводнику поле Ea2 примерно в 100 раз больше, чем поле в пределах последней дебаевской длины. В момент / = 0, когда к полупроводнику приложено поле, оно уничтожает электрическое поле в области объемного заряда в точке, удаленной на несколько дебаевских длин от последней дебаевской длины На фиг. 40 это будет восьмая дебаевская длина от конца. В этой области концентрация электронов в е8 раз, или более чем в 10® раз превосходит концентрацию в объеме полупроводника. Как и прежде, диффузионное поле будет равно приложенному полю. В результате контакт начнет поставлять в полупроводник электроны со скоростью, более чем в IO3 раз большей, чем ток в полупроводнике. Вирту-альный катод, который первоначально находился на восьмой дебаевской длине от конца, переместится в некоторую промежуточную область, где произведение диффузионного поля на концентрацию носителей будет как раз обеспечивать ток, равный току в полупроводнике.
Предыдушее рассмотрение необходимо для понимания условий, при которых наблюдаются большие нестационарные токи, ограниченные объемным зарядом, при приложении импульсов поля к кристаллам CdS, о чем спобшил Смит [8]. Этот вопрос рассмотрел также Ван Гарден [10] для токов, ограниченных 166 < Глава 8
объемным зарядом, в.германии. В обоих случаях приложенное поле было больше, чем поле в пределах последней дебаевской длины, и достаточно велико, чтобы ввести в действие концентрации носителей, необходимые для образования больших импульсных токов, ограниченных объемным зарядом. Импульсный характер токов, ограниченных объемным зарядом, определяется тем, что начальный ток соответствует ограниченному объемным зарядом току в кристалле без уровней прилипания. По мере захвата свободных носителей большой начальный ток уменьшается до относительно малого стационарного значения, соответствующего кристаллу с уровнями прилипания.
Это рассмотрение позволяет также выяснить возможный вклад контактов в инерционность (время фотоответа) фотопроводников. Предположим, что ток в фотопроводнике необходимо удвоить путем увеличения вдвое интенсивности света при постоянном приложенном напряжении. Обеспечиваемый контактом ток также должен быть удвоен. Для этого необходимо, чтобы в объеме фотопроводника возник положительный заряд, необходимый для понижения уровня виртуального катода на величину, равную примерно Vt. Количественно это означает, что создаваемое в фотопро воднике число положительных зарядов должно быть равно числу зарядов в пределах дебаевской длины от виртуального катода (см. работу Лам-перта и Роуза [4]). Такой вклад в инерционность будет значительным, если заряд электронов, находящихся в пределах дебаевской длины от виртуального катода, превосходит полный заряд свободных носителей и носителей, захваченных на уровни, находящиеся в тепловом контакте с зоной проводимости, в объеме фотопроводника. Это может оказаться возможным, так как расположенные у контакта центры рекомбинации также вносят свой вклад в заряд, в то время как в объеме вносят вклад только центры прилипания. Последние обычно определяют инерционность фотопроводника. Электрические контакты
167
§ 4. Контакт металла с полупроводником
Простейшее руководство при выборе материала для омического или запирающего контакта дает хо* рошо известное правило о подборе металла с работой выхода, соответственно меньшей или большей, чем у полупроводника. Это очень грубое правило, которое часто неприменимо по причинам, из которых наиболее распространенной является экранирующее действие поверхностных состояний. Упомянутое правило было бы применимо, если бы работы выхода металла и полупроводника при образовании контакта оставались неизменными. На самом деле дипольные слои вносят вклад в работу выхода обеих поверхностей и результат их взаимодействия при образовании контакта не может пока быть предсказан.
