2.5. Энергетическая диаграмма контакта металл-полупроводник

Рассмотрим идеальный выпрямляющий контакт металл-полупроводник, не имеющий диэлектрической прослойки из SiO₂и сопровождающих такую прослойку поверхностных состояний. При внешнем напряжении, равном нулю, и термодинамическом равновесии уровни Ферми в металле и полупроводнике устанавливаются одинаковыми. Уровень вакуума меняется непрерывно, поэтому в точке соединения металла и полупроводника образуется барьер со стороны металла высотой, рис.17

, где и– химическое сродство металла и полупроводника соответственно, является и термодинамической работой выхода из металла,– работа выхода со дна зоны проводимости полупроводника. Естественно, для выпрямляющего контакта необходимо, чтобы, т. е..

В глубине полупроводника дно зоны проводимости опускается относительно его положения на контакте с металлом на величину , где – контактная разность потенциалов, (2.1)

Рис.17. Энергетическая диаграмма контакта металл-полупроводник

здесь – расстояние от уровня Ферми до дна зоны проводимости в нейтральной части, в глубине полупроводника

, – эффективная плотность квантовых состояний у дна зоны проводимости. Таким образом, барьер для электронов со стороны полупроводника будет иметь величину, а со стороны металла -. Очевидно, что, если высота барьера со стороны металла уменьшится до, то исчезнет барьер для электронов со стороны полупроводника и область обеднения в полупроводнике.

Под действием внешнего напряжения уменьшается только высота барьера со стороны полупроводника до величины , где– положительное, т. е. приложенное плюсом к металлу внешнее напряжение. Высота барьера со стороны металла остается постоянной и равной,потому что электрическое поле не проникает в металл, оно всегда сосредоточено в ОПЗ полупроводника.

2.6. Токи в контакте металл-полупроводник

Электронный ток в контакте создается разностью встречных потоков из полупроводника и металла. В случае выпрямляющего контакта на материале, т. е.поток из металла превышает поток из полупроводника только при обратном, отрицательном напряжении на металле. При положительном напряжении на металле поток из полупроводника экспоненциально растет с напряжением из-за уменьшения высоты барьера со стороны полупроводника. Барьер со стороны металла остается постоянным, не зависящим от внешнего напряжения, поскольку поле не проникает в металл.

Дырочный ток определяется диффузией дырок в глубине n-материала и генерационно-рекомбинационными процессами в области обеднения. На границе с металлом концентрация дырок и дырочный ток связаны соотношением, следующим из (1.16):

Рис.18. Распределение дырок при обратном напряжении на контакте металл-полупроводник

Концентрация дырок равна равновесной в глубине n-материала, уменьшается на границе ОПЗ из-за экстракции дырок контактным полем и возрастает дона границе с металлом.

. Поскольку равновесная концентрация дырок на контакте значительно превышает концентрацию дырок во всех остальных точках, то даже при небольшой скорости рекомбинации на контактеобогащенный дырками слой поддерживает генерационно-рекомбинационный ток в ОПЗ и диффузионный ток в глубине материала. На рис. 18 показаны распределение дырок в контакте металл-полупро-водник при обратном напряжении на контакте. При большой высоте барьера электронный ток уменьшается и может даже возникнуть инверсный дырочный слой и дырочный ток будет преобладающим. Так что при,из (2.1),из (1.4) такой контакт теряет все преимущества, связанные с отсутствием инжекции и накопления дырок при протекании прямого тока.