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

119 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

52088. Їх долі обпалені війною 67 KB
  Ми повинні памятати тих хто її пережив тих хто не дожив не доспівав не до кохав. Память загиблих вшановуємо хвилиною мовчання. Афганська війна Не наша вина Ми молодість там залишили Щоб ви памятали й жили. Скільки років щасливої тиші Та вривається голос в ефір Що благає нагадує кличе: Захистіть збережіть люди мирКожен день кожен час пам'ятайтеСкільки жертв нам війна принесла.
52090. Кліматичні пояси й області Африки 126 KB
  Обладнання: підручники фізична карта Африки кліматична карта Африки атласи тести ілюстрації різнокольорові картки таблиця памятка. Із собою в дорогу ми візьмемо: фізичну карту Африки кліматичну карту світу атласи ілюстрації пейзажу Африки. В екваторіальній області Африки опадів випадає: а багато; б мало.
52091. Африка 57.5 KB
  ФГП материка. Открытие и исследование материка. Фронтальный опрос на знание номенклатуры карты по теме ФГП материка. Индивидуальный опрос: а План изучения материка.
52092. Африка 69.5 KB
  Проблемный вопрос Почему в природе трех материков Африки Австралии и Южной Америки много общего Ответ: Потому что все эти материки являются частью единого материка Гондвана. Какой материал мы будем изучать первым вы узнаете если отгадаете загадку: Этот материк по площади в 3 с лишним раза больше другого и почти такой же по площади как два других материка Какой это материк Ответ: Африка так как по площади он в 3 с лишним раза больше Австралии и почти такой же по площади как Южная Америка и Антарктида вместе взятые. Проблемный...
52093. Африка. Фізико-географічне положення. Історія відкриття й дослідження материка 51 KB
  Вивчення нового матеріалу Відкриття та дослідження Африки Час дослідження Дослідники Результати досліджень ІІІ тис. Експедиція під керівництвом португальця Бартоломеу Діама Здійснила плавання вздовж західних берегів Африки до м. Експедиція під керівництвом португальця Васко да Гама На шляху до Індії дісталася південних берегів Африки. Африки.
52094. Населення і народи Африки 55.5 KB
  Мета уроку: формування первинних знань учнів про етнічний склад населення Африки особливості його формування динаміку і розміщення; сприяти розумінню демографічних проблем Африки та шляхи їх вирішення.Формувати первинні практичні вміння характеризувати загальні риси населення материка; вдосконалювати практичні вміння працювати з тематичними картами атласу. Зміст курсу Географія материків і океанів передбачає не тільки вивчення природи материків але й ознайомлення з характеристиками населення материків та його господарською діяльністю.
52095. Тропічні пустелі та напівпустелі. Твердолисті вічнозелені ліси та чагарники 68.5 KB
  Навчальна мета: повторити вивчений матеріал; зясувати рівень оволодіння учнями навчальним матеріалом з попередніх тем; сформувати знання про особливості розміщення природних зон Африки; поглибити систему знань учнів про взаємозв'язки природних компонентів у складі природних зон; сформувати в учнів уміння складати характеристику природних зон у певній послідовності за типовим планом; удосконалювати практичні вміння учнів працювати з картами атласами. Обладнання: фізична карта Африки кліматична карта Африки карта природних зон Африки...
52096. Африка 63.5 KB
  Посовещавшись команды должны выбрать капитана и название команды можно предложить выбрать из названий стран Африки. Название команды пишут маркером на чистых табличках. За каждый правильный ответы команды получают красные жетоны 2 ВОСХОЖДЕНИЕ на Джомолунгму На доске магнитной нарисована гора с маршрутамиступеньками по количеству команд. Команды выбирают одного игрока альпиниста который будет защищать честь команды при восхождении.