Физика полупроводниковых приборов - Зи С.М.
Скачать (прямая ссылка):
высокую предельную ча-
стоту. Это главным образом определяется тем фактом, что подвижность
электронов в GaAs значительно выше.
Б. Обратные характеристики. В обратном направлении основной эффект
возникает благодаря снижению барьера Шоттки, или
- А**Т2 ехр
/5 (для UR > 3/г Т!ц) =
Ч^Вп \ ( , qVqg/4nes \
kT /
( (
(78)
где
л/24nd ( kT\
ом
юп
ю10
ю7 ю6 10 5 101 10 3 10 10
10-
Если высота барьера дФв п значительно меньше ширины запрещенной зоны, так
что генерационно-рекомбинационный ток обедненного слоя мал по сравнению с
эмиссионным током Шоттки, то обратный ток будет постепенно возрастать с
напряжением, как следует из уравнения (78).
Для большинства диодов с барьером Шоттки, имеющих практическое
применение, основной составляющей обратного тока является ток утечки на
периферии, который образуется за счет резкой кромки вокруг внешней
области металлической пластинки. Этот эффект подобен эффекту кривизны
перехода, описанному в гл. 3. Для устранения этого эффекта диоды со
структурой металл - полупроводник делаются с диффузионным охранным
кольцом, как показано l[JI. 25] на рис. 21,а. Охранное кольцо
представляет собой область с глубокой диффузией p-типа, а для создания в
р-п переходе более высокого пробивного напряжения, чем в
0j+0s_
/u-Si
барьер Шоттки
Si
точечный контакт \
1
il
А Ll - Go. As ^ ' J
Барьер Шоттки
'U
-\о -3,0 -г,о -1,о о о,5 в
Рис. 19. Сумма сопротивления перехода и последовательного сопротивления в
зависимости от приложенного напряжения для диодов со структурой Au-Si,
Аи-GaAs и точечно-контактных диодов [Л. 24].
контакте металл - полупроводник, подбирается легирующий профиль. Когда
краевой эффект был устранен, удалось получить прямые и обратные вольт-
амперные характеристики, близкие к идеальным. На рис. 21,в сравниваются
характеристики диода со структурой PtSi-Si, имеющего охранное кольцо с
рассчитанными теоре-чески на основе уравнения (78). Получено идеальное
согласование. Резкое увеличение тока при напряжении около 30 в
объясняется лавинным пробоем в диоде с концентрацией доноров 2,5 • 1016
с.и-3.
В некоторых диодах Шоттки возникает дополнительный эффект из-за
собственного снижения барьера, т. е. <ЭФво/<5<8 Другими словами, кроме
снижающего эффекта силы зеркального отражения, собственная высота барьера
фво также понижается с увеличением электрического поля {Л. 286]. На рис.
21,е дано сравнение теоретн-
Концентрация примеси В эпитаксиальном слое, cjur3
Рис. 2С. Частота отсечки при прямом смещении в зависимости ст примесной
концентрации в эпитаксиальном слое для эпитаксиальных слоев толщиной 0,5
мкм при различных диаметрах перехода [Л. 24].
ческих и экспериментальных обратных характеристик диода со структурой
RhSi-Si. За основу теоретического расчета была взята вели-
О
чина дФво/дё = 17 А. Имеется полное совпадение, особенно в зависимости
обратных характеристик от температуры (Л. 19а].
2. Измерение вольт-фарадных характеристик. Высота барьера может быть
определена из измерений емкости. При наложении малого напряжения
переменного тока на постоянное смещение заряды одного знака накапливаются
на поверхности металла, а заряды противоположного знака - в
полупроводнике. Уравнение (14) выражает зависимость С от U. На рис. 22
показано несколько типичных результатов; на графике изображена
зависимость 1/С2 от
приложенного напряжения. Отрезок, отсекаемый на оси напряжения,
определяет высоту барьера [Л. 21, 26] kT
ФВп = Ui + Un + q ДФ.
(79)
где Ui - упомянутый выше отрезок напряжения, a Un - расстояние уровня
Ферми от дна зоны проводимости, которое может быть вычислено, если
известна примесная концентрация. Из тангенса угла наклона можно
определить плотность носителей ([уравнение (15в)]. (Этот метод может быть
также использован для изменения примесей в эпитаксиальном слое.) В табл.
8-4 перечислены некоторые результаты измерения высоты барьеров,
полученные емкостным методом |[Л. 22]
3 Фотоэлектрические измерения. Фотоэлектрическое измерение является самым
точным и самым прямым методом определения высоты барьера [Л. 27]. Когда
на поверхность металла падает монохрома-
б)
в>
Рис. 21. Диод со структурой PtSi-Si.
а - структура диода с диффузионным охранным кольцом; б - сравнение
экспериментальных данных с теоретическими расчетами по уравнению (78) [Л.
25]; в - сравнение экспериментальных данных с теоретическими расчетами
[Л. 19а]
R т=зм°к
Rh Si- SUp-muna)
-------Теория
оооо - Эксперимент
Таблица 84
Измеренная высота барьеров Шоттки (300°К)
Полупроводник Металл Высота барьера, в
Вольт- амперные характе- ристики я X ? ? К Н К СО Р-О.Н , О
rt Я X О, О <L) JJ. ° Й S (c) as
n-AlAs (скол в вакууме) Au Pt 1,2 1,0
¦p-AlSb (скол в вакууме) Au Au (77 °K) 0,53 0,59 0,55 /
p-BN (химическая очистка) Au 3,1
р-ВР Au 0,87
ч-CdS (скол в вакууме) "-CdS (химическая очистка) Au Cu Ni A1 (77 °K) Ag
Pt Pt Au Pd Cu Ag 1,2 0,68 0,61 0,47 0,80 0,35 0,58 0,86 1,2 0,66
