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

121 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

39627. Проектирование шестиэтажного здания с цокольный этажом, техническим чердаком и подвалом 1.69 MB
  Вначале определяем перечень работ подготовительного периода. Для упрощения состава подготовительных работ в номенклатуру вносим укрупненную строку «Внутриплощадочные работы». Далее выделяем следующие работы: срезку растительного слоя; вертикальную планировку поверхности; разработку грунта в отвал и транспорт с дальнейшим добором вручную.
39628. УСТАНОВКА (АТТИТЮД) 44 KB
  В российской психологии разработка общепсихологической теории установки принадлежит Д. Объектом для установки может быть все на что реагирует человек: любой символ фраза лозунг лицо учреждение идея. Можно иметь установки в отношении определенной профессии Организации Объединенных Наций политической партии книги национального меньшинства марки стирального порошка блондинок и т. Новорожденный ребенок имеет установки лишь относительно тех стимулов на которые существует врожденная реакция удовольствие или боль.
39629. Требования и порядок создания информационно-развлекательной системы «Развлекательный портал» 9.07 MB
  Порядок оформления работы Стадии: Техническое задание а Обоснование перспективности реализуемого проекта: постановка задачи; сбор базовых материалов; установка критериев системы; необходимость проведения исследовательских работ; b Исследовательская работа: выбор оптимальных методов решения поставленной задачи; определение требований к техническим средствам; обоснование практической возможности реализации данного проекта; в Разработка и утверждение технического задания: определение требований к проекту; ...
39630. КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ ПО ОСНОВАМ ОХРАНЫ ТРУДА 3.04 MB
  В соответствии с этой статьёй государство даёт гарантии каждому своему гражданину на надлежащие безопасные и здоровые условия труда и на заработную плату не ниже той которая определена законом. Таким образом в Конституции за государством закреплена забота об условиях труда его научной организации и это является одним из основных направлений его политики. Проблемами связанными с обеспечением здоровых и безопасных условий труда занимается охрана труда.
39631. Расчет газотурбинной установки мощностью 16 МВт 1.06 MB
  темы спроектирован регулируемый сопловой аппарат свободной силовой турбины найдены зависимости различных параметров при повороте сопловых лопаток. Также дипломный проект включает в себя: расчет тепловой схемы двигателя с последующим выбором Gв и к0 газодинамический расчет турбин по среднему диаметру расчет закона закрутки всех ступеней турбины высокого давления и силовой турбины расчеты на прочность рабочей лопатки 3й ступени силовой турбины технологию эксплуатации ГПА описание конструктивных особенностей экономическую частьрасчет...
39632. Компрессор высокого давления турбореактивного двухконтурного двигателя тягой 140 кН 1.65 MB
  Цели работы: ‒ разработка конструкции КВД; ‒ расчет на прочность и колебания основных элементов компрессора; ‒ в технологической части выполнить расчеты режимов резания для одной операции; ‒ в экономическом разделе рассчитать себестоимость затрат на проектирование промежуточного диска КВД; ‒ в разделе по безопасности жизнедеятельности провести оценку безопасности жизнедеятельности пассажиров самолета путем надежности и отказобезопасности КВД. В работе проведен сравнительный анализ конструкций КВД двигателей класса тяги 1218 тонн выбрана...
39633. Горные и маркшейдерские работы при строительстве тоннеля №3 Адлер-горноклиматический курорт «Альпика-Сервис» 21.63 MB
  Маркшейдерская служба призвана заниматься съёмками на земной поверхности и в горных выработках с целью изображения их на чертежах, а также для решения различных горно-геометрических задач, возникающих при освоении месторождения.
39634. Сайт бесплатных объявлений и рекламы 13.12 MB
  Задачей данной работы является реализация размещения объявлений и рекламы, используя Интернет. Структура интерфейса электронной доски объявлений должна быть понятна для обычного пользователя, в то же время необходимо позаботиться об наборе функциональных средств, обеспечивающих удобство работы с набором объявлений
39635. Особенности проведения аварийно-спасательных работ в учреждениях образования на примере Полоцкого государственного университета по адресу г. Полоцк ул. Стрелецкая д.4 305.28 KB
  Боевой участок участок на котором сосредоточены силы и средства объединенные конкретной задачей по тушению пожара. Зона теплового воздействия пожара прилегающая к зоне горения часть пространства в пределах которой протекают процессы теплообмена между поверхностью пламени и окружающей средой. Локализация пожара прекращение дальнейшего распространения пожара и создание условий для его успешной ликвидации имеющимися силами и средствами [3]. Ликвидация пожара прекращение горения на пожаре создание условий при которых нет...