Физика для школьников старших классов и поступающих - Яворский Б.М.
ISBN 5-7107-9384-1
Скачать (прямая ссылка):
2°. При контакте двух разнородных металлов 1 и 2 с работами выхода A1 и A2 происходит преимущественный переход электронов из металла с меньшей работой в металл с большей работой выхода. Металлы заряжаются разноименно, и в состоянии термодинамического равновесия (11.1.3.3°) между двумя контактирующими разнородными металлами имеется разность потенциалов Дср^» называемая внутренней контактной разностью потенциалов.
Разность потенциалов Atp1^ между двумя точками, находящимися вблизи от поверхности первого и второго контакти-
620
ГЛ. VII.2. КВАНТОВАЯ ФИЗИКА ТВЕРДЫХ ТЕЛ
рующих металлов вне их, называется внешней контактной разностью потенциалов.
3°. При контакте двух металлов, изображенных на рис.
VII.2.16 (Aj < A2), электроны будут переходить преимущественно в направлении от металла 1 к металлу 2 и эти металлы зарядятся соответственно положительно и отрицательно. Одновременно происходит смещение энергетических уровней электронов в металле 2 — вверх, в металле 1 — вниз. В состоянии термодинамического равновесия уровни Ферми (п. 1°) в обоих металлах совпадают (рис. VII.2.17).
Из рис. VII.2.17 видно, что внешняя контактная разность
потенциалов Atp^2 зависит от работ выхода Ai и A2:
Дф12 = Фі' - Ф2 = —
Ai -A9
Внутренняя контактная разность потенциалов зависит от разности химических потенциалов (VII.2.2.3°) электронов в металлах:
Дфі2 - фі - ф2 -
Mi-M2
4°. Изменение потенциала от фі до ф2 происходит на протяжении двойного контактного электрического слоя, имеющего толщину I (рис. Vn.2.18), которая оценивается приближенно по формуле
I = л/2е0Аф12/(етг0) (в СИ).
М2
-е (P12
-е(р2
Рис. VII.2.16
Рис. VII.2.17
§ VII.2.11. КОНТАКТНЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ
621
Здесь Uq — концентрация зарядов в двойном слое, Є0 — электрическая постоянная (IX).
Толщина двойного слоя в контактирующих металлах имеет порядок межузельных расстояний в металлах, и удельное сопротивление этого слоя не отличается от удельного сопротивления остального объема металлов. Сквозь контактный слой двух металлов электрический ток проходит одинаково хорошо в обоих направлениях.
5°. Контакт металла с полупроводником n-типа (VII.2.10.6C) приводит к односторонней проводимости контакта. Предположим, что Ai > An, где Ai и An- соответственно работы выхода электрона из металла и n-полупроводника. Расположение зоны проводимости металла (VII.2.9.20), целиком заполненной зоны полупроводника и его уровня Ферми до контакта показано на рис. VII.2.19. При контакте металла с полупроводником электроны с донорных уровней 71-полупроводника (VII.2.10.6°) будут переходить в металл.
В контактном слое со стороны тг-полупроводника будет положительный заряд, а со стороны металла — отрицательный. В связи с малой концентрацией электронов в полупроводнике
по сравнению с металлом (1015 см-3 вместо IO22 см-3) толщина контактного слоя на границе металл — полупроводник оказывается приблизительно в IO4 раз больше, чем в металле.
6°. Малое число носителей в контактном слое полупроводника и большая толщина слоя означают, что удельное сопротивление этого слоя значительно больше, чем в остальном объеме полупроводника. Контактный слой называется в этом слу-
B
I 1 + + I
1 + + I
1 + + — — 2
1 + I + I
+ + — —
/
YA
Металл Полупроводник До контакта
Рис. VII.2.18
Рис. VII.2.19
622
ГЛ. VII.2. КВАНТОВАЯ ФИЗИКА ТВЕРДЫХ ТЕЛ
чае запирающим слоем и является основой выпрямляющего (вентильного) действия контакта металла с полупроводником на переменный ток. Если металл соединен с положительным полюсом источника электрической энергии, а полупроводник с отрицательным, то внешнее электрическое поле направлено от металла к полупроводнику. В этом случае электроны втягиваются из объема полупроводника в двойной слой, толщина которого уменьшается и проводимость возрастает. В этом пропускном направлении электрический ток проходит через контакт металла с полупроводником. Если же внешнее электрическое поле направлено от полупроводника к металлу, то электроны вытесняются из двойного слоя в глубь полупроводника. Толщина запирающего слоя и его сопротивление увеличиваются, и в этом запирающем направлении контакт металла с полупроводником практически не пропускает электрический ток. Односторонняя проводимость контакта означает, что при прохождении через контакт переменного тока он выпрямляется. В этом состоит выпрямляющее (вентильное) действие контакта металла с полупроводником.
7°. Область соприкосновения двух полупроводников с различными п- и p-типами проводимости называется электроннодырочным переходом (гс-р-переходом). Соприкосновение двух таких полупроводников в результате перемещения электронов и дырок через поверхность раздела приводит к образованию контактного слоя, обедненного основными носителями тока (электронами проводимости в полупроводнике п-типа и дырками — в полупроводнике p-типа). Электроны переходят из п- в р-полупроводник и рекомбинируют там с дырками. При этом в ab-области n-полупроводника и Ьс-области р-полупро-