1109

Контактные явления в полупроводниках

Доклад

Физика

Свойства контактов полученных из полупроводниковых материалов. Структура простейшего контакта, p-n перехода. Прямое напряжение на переходе. Контакт металл-полупроводник.

Русский

2013-01-06

272 KB

122 чел.

Контактные явления в полупроводниках.

Здесь речь пойдет о свойствах контактов полученных из полупроводниковых материалов; это

а) pn переход,

б) контакты p+-p и n+-n, + означает материал с повышенной концентрацией примеси,

в) p- полупроводник – металл и n- полупроводник – металл (контакты Шоттки),

г) несимметричные контакты, в которых концентрации примесей различны в областях полупроводника (N – концентрация примесей в 1/см3 Nn > Np или Np > Nn),

д) гетероконтакты выполненные из полупроводников различного типе , например, дырочный германий (p-Ge) и электронный кремний (n-Si).

Вспомним свойства обычного p-n перехода. На рис. 4 показана его простейшая структура, хотя существует довольно много технологий его изготовления (сплавная, точечная, меза и др.), которые придают ему особые свойства.

                                      

                            Рис. 4 Структура простейшего контакта, p-n перехода

По законам диффузии концентрации электронов и дырок стремятся выровняется, поэтому  носители из приконтактных областей уходят в область пониженной концентрации (дырки из p в n, электроны наоборот). Атом примеси лишается носителя и в кристалле образуются неподвижные ионы (см. рис. 4). За счет этих зарядов возникает электрическое поле Евн, препятствующее движению носителей, процесс диффузии прекращается. Итог таков.

- В области контакта образовался слой не содержащий носителей тока, по существу слой диэлектрика (запирающий слой).

-Если его не убрать, контакт не будет проводить электрический ток.

Электрическое поле контакта создает потенциальный и энергетический (Wб) барьеры для носителей и это отражается на энергетической диаграмме. Построим ее (рис. 5), вспомнив положение уровней Ферми в примесных полупроводниках.

                                      Рис. 5 Энергетическая диаграмма p-n перехода

Сам p-n переход это слой обедненный подвижными носителями, по сути слой диэлектрика.

Далее будем подавать на переход напряжение от внешнего источника ЭДС. При подаче  «+» в p область а «–» в n область кристалла на переходе возникает внешняя напряженность электрического поля Евнеш направленная навстречу Е вн (см. рис. 4). Результирующее поле уменьшается, запирающий слой исчезает и структура переходит в состояние проводимости. Это напряжение называется прямым, Uпр. На энергетической диаграмме происходит деформация уровня Ферми в сторону уменьшения энергетического барьера, рис. 6. Ток через переход обеспечивается основными носителями, количество которых велико.

                   

                  Рис.6 Прямое напряжение на переходе

При смене полярности источника (обратное напряжение на переходе) происходит обратная картина. Энергетический барьер на переходе возрастает, проводимость ухудшается и тока практически не будет. Весьма небольшой обратный ток возникнет за счет неосновных носителей, то-есть тех немногочисленных электронов, которые есть в «p» области кристалла и дырок, которые есть в «n» области. Суммарный ток неосновных носителей называется током насыщения I0.

Контакты типа p+-p и n+-n обладают очень слабыми нелинейными свойствами, в специальных приборах не применяются и используются как омические контакты, например, при создании вывода из p и n областей.

Контакты Шоттки на основе соединения металла и полупроводника обладают интересными свойствами, которые зависят от подбора материалов (рис. 7). В физике твердого тела существует понятие «работа выхода электрона W»; это энергия, которую необходимо затратить электрону для выхода из тела в окружающее пространство.

                 Рис. 7. Контакт «металл-полупроводник»

Допустим, есть контакт металла и «n» полупроводника их работы выхода находятся в следующем соотношении. При таком соотношении работ, электроны из металла будут переходить в полупроводник и насыщать его приконтактный слой. Проводимость этого слоя увеличивается. В структуре все области обладают хорошей проводимостью. Таким образом, сформировался обычный проводящий (омический)   контакт. Иная картина получится при обратном соотношении работ выхода,  Wм>Wn. Теперь уже электроны уходят из полупроводника в металл. К электронам в металле, которых очень много добавляются перешедшие, которые практически не меняют его проводимость. А вот электроны ушедшие из полупроводника ухудшают его проводимость, обнажают атомы примеси, за счет чего на контакте образуется электрическое поле. В итоге возник энергетический барьер, как и в «p-n» переходе, но обладающий особыми свойствами, это

-высокое быстродействие,

-небольшой порог открывания.

Контакт с такими свойствами называется диодом Шоттки.

Несимметричные контакты – это p-n переходы в которых концентрация примесей в p и n областях различна. Такой контакт обозначается  p+-n  (или p-n+) и показан на рис. 8.

При прямых напряжениях большее количество дырочной примеси обеспечивает прямой ток в основном за счет дырочных носителей. В этом основное отличие несимметричного перехода от симметричного. Область с повышенной концентрацией примеси называется эмиттером, а с пониженной – базой.

                              

                                Рис.8 Несимметричный контакт  

Такой же результат получается и у гетероперехода. На рис.9 показана энергетическая диаграмма контакта кремния и арсенида галлия.

                                    Рис. 9 Гетеропереход

Так как ширина запрещенной зоны у этих материалов различна, Wз1<Wз2, возникают различные по высоте энергетические барьеры  для электронов и дырок. В данном случае барьер для электронов Wб значительно меньше чем для дырок. При подаче прямого напряжения в первую очередь исчезает препятствие для движения электронов и прямой то перехода это ток электронов.

Для несимметричных и гетеропереходов вводится показатель – коэффициент инжекции  γ, равный отношению тока преобладающих носителей к прямому суммарному току через открытый переход, γ=In/(In+Ip).

Сведения этого раздела подробно изложены в курсе физики.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

26936. Политическая система общества и ее элементы 7.9 KB
  политическая система общества и ее элементы Политическая система совокупность гос и общ институтовотношений между ними участвующих в госуд. Необходима единая объединяющая организующая и принуждающая силаполитическая власть.Госво это властнополитическая организация общества которая распространяет свою власть на все население в пределах территории страны издает юридически значимые веления имеет специальный аппарат управления и принуждения и обладает суверенитетом. Политическая деятельность не однородна.
26938. Суверенитет как свойство гос.власти 9.7 KB
  суверенитет как свойство гос.власти Обществосовокупность индивидов имеющих общие интересы которые носят постоянный и объективный характер взаимодействующих и сотрудничающих на основе этих интересов имеющих организованную силувластьс одной стороны передачу властвующими своей воли подвластным а с другой стороны подчинение подвластных этой воле Гос. Механизм гос.власти совокупность или система государственных и негосударственных организаций в которых государственная власть находит свое организационное выражение и с помощью которых...
26939. Понятие нации. Современная наука о развитии и возникновении наций 9.58 KB
  Понятие нации. 2 подход к пониманию нации политикоправовой согласно которомунация согражданство т. Современная наука о развитии и возникновении нации. Так первые европейские нации вырастали на базе уже сложившихся крупных народностей имевших общность языка территории и других этнических признаков выступавших как условия формирования этих наций.
26940. Система органов в РФ 14.91 KB
  ; исполнительные глава государства глва правительства министерства местные исполнительные органы; судебные правоохранительные органы; 2. назначает с согласия ГД Председателя Правительства; имеет право председательствовать на заседаниях Правительства; принимает решение об отставке Правительства; представляет ГД кандидатуру Председателя Центрального банка по предложению Председателя Правительства назначает заместителей Председателя Правительства федеральных министров; представляет СФ кандидатуры судей КС ВСВАСГенерального...
26941. Принцип организации и деятельности государственного аппарата 8.13 KB
  Принцип организации и деятельности государственного аппарата Государственный аппарат система специальных органов и учреждений посредством которых осуществляется государственное управление обществом и защита его основных интересов. В юридической науке понятие механизм государства и государственный аппарат обычно употребляются как синонимы хотя существует точка зрения согласно которой под государственным аппаратом понимается система органов непосредственно осуществляющих управленческую деятельность и наделенных для этого властными...
26942. Государство и местное самоуправление 6.41 KB
  Такие вопросы в демократических государствах независимо от формы государственного устройства передаются на решение органам местного самоуправления. Система организации и деятельности граждан обеспечивающая самостоятельное решение населением вопросов местного значениявопросы непосредственного обеспечения жизнедеятельности населения управление муниципальной собственностью исходя из интересов всех жителей данной территории. Исторически возникло несколько СИСТЕМ местного самоуправления: 1. Органы местного самоуправления самостоятельны в...
26943. Общество, государство и право 8.76 KB
  Объективная потребность в государстве появилась по мере УСЛОЖНЕНИЯ ВНУТРЕННЕГО СТРОЕНИЯ ОБЩЕСТВА.расслоению общества появление частной собственности на орудия и продукты трудачто привело к соц.классовому расслоению общества В таких условиях первобытнообщинный строй был не в состоянии управлять делами обществав которых интересы индивидов перестали быть общимиболее тогостали несовместимыми. Государство через свои функции обеспечивает ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНСОТЬ ВСЕГО ОБЩЕСТВА.
26944. Понятие и признаки правового государства 7.96 KB
  Понятие и признаки правового государства.античностьплатонаристотельзакон обязателен как для граждантак и для самого госва 2.период буржуазных революций Спинозадемократическое госвогарантирует каждому нетолько сохранение жизнино и удовлетворение его интересовзащиту чести и свободы Гоббссвобода человекаделать всечто не запрещено законом Локкгосво создается для охраны естественных прав человекагосподство законасвобода действовать по своему желанию всегдакогда этого не запрещает законне быть зависимым от воли другого человека...