1.4.3 Контакт металу з напівпровідником
Властивості контакту металу з напівпровідником залежать від роботи виходу електронів з металу (W0м) і з напівпровідника (W0n або W0p). Електрони переходять з матеріалу з меншою роботою виходу в матеріал з більшою роботою виходу. При контакті металу з електронним напівпровідником при виконанні умови W0n < W0p електрони переходять з напівпровідника в метал. Якщо здійснений контакт металу з дірковим напівпровідником і виконується умова W0м < W0p, відбуватиметься перехід електронів в напівпровідник. І в тому, і в іншому випадку відбудеться збіднення вільними носіями заряду приконтактной області напівпровідника.
Збіднений шар володіє підвищеним опором, який може змінюватися під впливом зовнішньої напруги. Отже, такий контакт має нелінійну характеристику і є таким, що випрямляє. Перенесення зарядів в цих контактах здійснюється основними носіями, і в них відсутні явища інжекції, накопичення і розсмоктування зарядів. Таким чином, що випрямляють контакти метал-напівпровідник малоинерционны і служать основою створення діодів з бар'єром Шотки, що володіють високою швидкодією і малим часом перемикання.
Якщо при контакті металу з напівпровідником виконується умова W0м < W0м або W0м > W0p, то приконтактный шар напівпровідника збагачується основними носіями заряду і його опір стає низьким при будь-якій полярності зовнішньої напруги. Такий контакт має практично лінійну характеристику і є таким, що не випрямляє.
1.4.4 Омічні контакти
Омічними називають контакти, опір яких не залежить від величини і напряму струму. Іншими словами, це контакти, що володіють практично лінійною вольт-амперною характеристикою. Омічні контакти забезпечують з'єднання напівпровідника з металевими струмопровідними елементами напівпровідникових приладів. Окрім лінійності вольт-амперної характеристики, ці контакти повинні мати малий опір і забезпечувати відсутність інжекції носіїв з металів в напівпровідник. Ці умови виконуються шляхом введення між напівпровідником робочої області кристала і металом напівпровідника з підвищеною концентрацією домішки (рис. 1.19). Контакт між напівпровідниками з однаковим типом електропровідності є таким, що не випрямляє і низькоомним. Метал вибирають так, щоб забезпечити малу контактну різницю потенціалів. Одним із способів отримання омічних контактів є введення в метал домішки, якій легований напівпровідник. В цьому випадку при сплаві металу з напівпровідником в контактній області утворюється тонкий шар виродженого напівпровідника, що відповідає структурі, зображеній на рис. 1.19.
Рисунок 1.19 Структура омічного контакту.
1.4.5 Явища на поверхні напівпровідника
В результаті взаємодії напівпровідника і навколишнього середовища на поверхні кристала утворюються різні з'єднання, що відрізняються за своїми властивостями від основного матеріалу. Крім того, обробка кристала приводить до дефектів кристалічної решітки на поверхні напівпровідника. З цих причин виникають поверхневі стани, що підвищують вірогідність появи вільних електронів або незаповнених ковалентних зв'язків. Енергетичні рівні поверхневих станів можуть розташовуватися в забороненій енергетичній зоні і відповідати донорним і акцепторним домішкам.
Поверхневі стани міняють концентрацію носіїв заряду, і в приповерхневому шарі напівпровідника виникає об'ємний заряд, що приводить до зміни рівня Фермі. Оскільки в стані рівноваги рівень Фермі у всьому кристалі напівпровідника однаковий, поверхневі стани викликають викривлення енергетичних рівнів в приповерхневому шарі напівпровідника.
Залежно від типу напівпровідника і характеру поверхневих станів може відбуватися збіднення або збагачення поверхні кристала носіями заряду.
Збіднення виникає в тому випадку, якщо поверхневий заряд співпадає по знаку з основними носіями заряду. На рис. 1.20 показане утворення збідненого шару на поверхні напівпровідника n-типу при такій щільності поверхневих станів, що рівні Win і Wфn не перетинаються. Підвищення щільності просторового заряду може привести до перетину рівня Фермі з рівнем середини забороненої зони (рис. 1.21), що відповідає зміні типу електропровідності у поверхні напівпровідника. Це явище називають інверсією типу електропровідності, а шар, в якому. воно спостерігається, - інверсним шаром.
Рис. 1.20 Утворення збідненого шару на поверхні напівпровідника n-типу. |
Рис. 1.21 Зміна типу электропроводимости на поверхні напівпровідника n-типу. |
Якщо знаки поверхневого заряду і основних носіїв протилежні, відбувається збагачення приповерхневої області основними носіями зарядів. Таку область називають збагаченим шаром (рис. 1.22).
Електропровідність приповерхневого шару напівпровідника може змінюватися під дією електричного поля, що виникає за рахунок напруги, що прикладається до металу і напівпровідника, розділеним діелектриком. Якщо припустити, що до включення напруги поверхневі стани на межі напівпровідника і діелектрика відсутні, то електропровідності приповерхневого шару і об'єму напівпровідника будуть однаковими.
При включенні напруги між металом і напівпровідником виникає електричне поле, і на поверхні металу і в приповерхневому шарі напівпровідника, як на пластинах конденсатора, накопичуються заряди. Наприклад, якщо напівпровідник електронний і до нього прикладається негативна напруга, то під дією електричного поля у
Рисунок 1.22 Утворення збагаченого шару на поверхні напівпровідника n-типу. |
Рисунок 1.23 Графік зміни типу електропровідності на поверхні напівпровідника. |
поверхні збільшуються концентрація електронів і електропровідність приповерхневого шару напівпровідника (див. рис. 1.22). При зміні полярності напруги концентрація електронів в приповерхневому шарі зменшується, а дірок - збільшується. У зв'язку з цим електропровідність приконтактной області зменшується, прагнучи до власної. Збільшення напруги призводить до того, що концентрація дірок стає вищою за концентрацію електронів і відбувається зміна (інверсія) типу електропровідності шару. При цьому електропровідність приповерхневого шару збільшується. Залежність електропровідності приповерхневого шару напівпровідника n-типу від напруги показана на рис. 1.23. Це явище прийняте називати ефектом поля.