Для чего в полупроводниковых приборах используются невыпрямляющие омические контакты

Контакт металл-полупроводник: выпрямляющий (барьер Шотки) и невыпрямляющий (омический) контакты

Выпрямляющий контакт характеризуется нелинейной ВАХ, следовательно прямое сопротивление контакта (при подаче прямого напряжения смещения) меньше обратного.

Для получения выпрямляющего контакта между металлом и полупро­водником n–типа проводимости работа выхода электронов из металла, j_м, должна быть больше, чем у полупроводника, j_п, то есть разность работ выхода j_мп=j_м – j_п должна быть больше нуля (j_мп>0). Вели­чину j_мп называют контактной разностью потенциалов. В этом случае при образовании контакта часть электронов переходит из полупроводника в металл; в полупроводнике появляется обедненный слой, содержащий положительный заряд ионов доноров. В обедненном слое возникает электриче­ское поле, препятствующее диффузии электронов к контакту (рис. 7.3, а).

В контакте металла с полупроводником p-типа работа выхода электронов из металла должна быть меньше, чем из полупроводника, то есть контактная разность потенциалов j_мп

На зонных диаграммах рис. 7.3 изгиб зон вверх в полупроводнике n-типа (рис. 7.3, а) и вниз в полупроводнике p-типа (рис. 7.3, б) соответствует уменьшению концентрации основных носителей, образованию обедненных слоев и потенциальных барьеров j_кn для электронов и j_кp для дырок, переходящих из полупроводника в металл.

Потенциальный барьер в приконтактном слое называют барьером Шотки. Его высота j_кn для электронов и j_кp для дырок является аналогом величины j_к в p-n переходе. В зависимости от полярности приложенного внешнего напряжения высота этого барьера и, соответственно, сопротивление приконтактного слоя будут меняться.

Теоретическая оценка высоты барьера j_мп сложна; на практике используются экспериментальные величины j_мп. Например, при контакте Al c n-Si высота барьера j_мп=0,72 В, а при контакте Al c p-Si высота барьера j_мп=0,58 В. Для других металлических покрытий (Au, Ag, Pt, W, PtSi, WSi) при контакте с Si или GaAs эта величина составляет 0,4…0,9 В.

В зависимости от полярности приложенного внешнего напряжения высота барьера j_кn для электронов и j_кp для дырок со стороны полупроводника будут меняться. Соответственно, будет изменяться и сопротивление приконтактного слоя.

При этом подача отрицательного потенциала U на n-полу­про­вод­ник или положительного – на p-полупроводник соответствует прямому напряжению на контакте п/п – Ме. Смена полярности приложенного напряжения соответствует включению обратного смещения.

Например, в контакте n-п/п – Ме при включении прямого напряжении U (плюсом к металлу, минусом к полупроводнику) уровень Ферми в металле, j_Fм, понижается относительно уровня Ферми в полупроводнике, j_Fn, на величину U, следовательно высота потенциального барьера, препятствующего переходу электронов из полупроводника в металл, уменьшается и становится равной j_к – U. При включении обратного напряжения (минусом к металлу) уровень Ферми j_Fм повышается относительно j_Fn на величину U, поэтому высота потенциального барьера со стороны n-полупроводника увеличивается и становится равной j_к +U. Величина контактной разности потенциалов j_мп при этом остается неизменной.

Таким образом, контакты, показанные на рис. 7.3, обладают выпрямляющими свойствами и могут быть основой диодов. Диоды, использующие барьеры Шотки, называют диодами Шотки. ВАХ выпрямляющего контакта аппроксимируется уравнением:

,

Невыпрямляющий (омический) контакт используется практически во всех полупроводниковых приборах для формирования внешних выводов от полупроводниковых областей; для него характерны близкая к линейной ВАХ и малое сопротивление.

Для получения омического контакта межу металлом и полупроводником n- типа проводимости разность работ выхода j_мп 0 (т. е. j_м>j_п ). В первом случае электроны будут переходить из металла в полупроводник и зоны искривятся «вниз» (рис. 7.4, а), а во втором случае электроны будут переходить из полупроводника в металл и зоны искривятся «вверх» (рис. 7.4, б). В таких контактах вблизи границы в полупроводнике накапливаются основные носители, то есть получаются обогащенные зоны.

Наличие обогащенного слоя означает, что сопротивление контакта определяется нейтральным слоем полупроводника и, следовательно, не зависит ни от величины, ни от полярности приложенного напряжения. Иными словами, в этом случае потенциальные барьеры для движения носителей тока со стороны полупроводника и металла практически отсутствуют.

Дата добавления: 2017-01-26 ; просмотров: 9514 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник

Невыпрямляющие (омические) контакты металл-полупроводник

С помощью омических невыпрямляющих контактов происходит электрическое соединение полупроводников с металлическими проводниками. От качества этих контактов в значительной степени зависят параметры и характеристики приборов, а также их надежность и срок службы. Основные требования комическим контактам: 1) при прямом смещении они должны обеспечивать инжекцию основных носителей в полупроводник; 2) при обратном смещении препятствовать инжекции неосновных носителей в полупроводник; 3) иметь минимальное электрическое сопротивление; 4) иметь линейную вольт-амперную характеристику (ВАХ).

Зонная диаграмма контакта металл – полупроводник р-типа в состоянии термодинамического равновесия приведена на рис.8. Для этой пары должно соблюдаться условие Р_м >Р_р, тогда при установлении термодинамического равновесия E_к направлено из полупроводника в металл, вблизи металлургической границы возникает обогащенная дырками область, а неосновные носители – электроны находятся в потенциальной яме глубиной j = qy и не могут инжектироваться в металл.

Вольтамперная характеристика омического контакта металл-полупроводник приведена на рис.9. Характеристика является линейной, небольшие нелинейности возникают при больших прямых и обратных напряжениях.

Источник

Невыпрямляющие контакты. Омический контакт

Пусть в контакте металл – полупроводник n-типа выполняется условие Ф_М Ф_П будет происходить переход электронов из полупроводника в металл, приводящий к возникновению зарядов в приконтактных слоях и появлению электрического поля контактной разности потенциаловE_К. Происходит изгиб энергетических зон вверх, что приводит к обогащению приконтактного слоя полупроводника дырками и резкому снижению сопротивления этого слоя (рис.6.28а,б).

Независимо от того, вырождается или не вырождается полупроводник, наличие обогащенного слоя означает, что сопротивление системы в целом определяется нейтральным слоем полупроводника и, следовательно, не зависит ни от величины, ни от полярности приложенного напряжения. Такие невыпрямляющие комбинации металла с полупроводником называют омическими контактами.

Омические контакты осуществляются в местах присоединения металлических выводов к полупроводниковым слоям. Формирование омических контактов – задача не менее важная, чем получение выпрямляющих контактов. Весьма часто для уменьшения сопротивления контакта в полупроводнике создают область с высокой концентрацией примеси.

Помимо двусторонней проводимости, важным свойством омического контакта является ничтожное время жизни избыточных носителей заряда в обогащенном слое полупроводника. Потому считают, что концентрации избыточных носителей на омическом контакте равны нулю.

Оптические свойства полупроводников

Собственное поглощение света

Генерация носителей заряда в полупроводнике возможна в результате какого-либо внешнего воздействия, например при поглощении оптического излучения.

Квант или фотон оптического излучения обладает энергией Е_фот и импульсом р_фот:

где n_фот и l_фот – частота и длина волны света соответственно.

Если энергия фотона, падающего на полупроводник

то электрон валентной зоны может поглотить его. При этом он получает энергию достаточную для перехода в зону проводимости. Такое поглощение света является собственным и n₀ = p_0. Появляющиеся носители заряда получили название неравновесных.

Интенсивность света, распространяющегося в полупроводнике уменьшается согласно закона Бугера:

Примесное поглощение света

В примесных полупроводниках под действием света может происходить переброс электронов с донорных уровней в зону проводимости или из валентной зоны на уровни акцептора. Для этого квант света должен иметь энергию hn_фот ³ DЕ_Д, DЕ_А (рис….). Такое поглощение света называется примесным. Граница этого поглощения сдвинута в область длинных волн света тем сильнее, чем меньше энергия ионизации соответствующей примеси.

Источник

Контакт между металлом и полупроводником

Рисунок 1. Энергетические зоны металла и полупроводника

При возникновении контакта между этими материалами электроны переходят из материала с меньшей работой выхода в материал с большей работой выхода. При контакте металла с электронным полупроводником при выполнении условия электроны переходят из полупроводника в металл. В качестве примера может служить контакт золота Au и арсенида галлия GaAs. Данная ситуация иллюстрируется энергетической диаграммой, приведенной на рисунке 2.

Рисунок 2. Энергетические диаграммы в зоне выпрямляющего контакта металла и

Рисунок 3. Энергетические зоны металла и полупроводника

Рисунок 4. Энергетические диаграммы в зоне выпрямляющего контакта металла и

И в том, и в другом описанном случае произойдет обеднение свободными носителями заряда области полупроводника в районе контакта на расстояние d. Обедненный слой обладает повышенным сопротивлением, которое может изменяться под воздействием внешнего напряжения. Такой контакт имеет нелинейную характеристику и является выпрямляющим. Он получил название контакт Шоттки.

Перенос зарядов в этих контактах осуществляется основными носителями, и в них отсутствуют явления инжекции, накопления и рассасывания зарядов. В результате выпрямляющие контакты металл-полупроводник обладают малой инерцией и применяются для создания диодов Шоттки, обладающих высоким быстродействием и малым временем переключения из открытого состояния в закрытое и наоборот.

Рисунок 5. Энергетические диаграммы в зоне омического контакта металла и

Рисунок 6. Энергетические диаграммы в зоне омического контакта металла и

Дата последнего обновления файла 28.09.2020

Понравился материал? Поделись с друзьями!

Вместе со статьей «Контакт между металлом и полупроводником» читают:

Предыдущие версии сайта:
http://neic.nsk.su/

Об авторе:
к.т.н., доц., Александр Владимирович Микушин

Кандидат технических наук, доцент кафедры САПР СибГУТИ. Выпускник факультета радиосвязи и радиовещания (1982) Новосибирского электротехнического института связи (НЭИС).

А.В.Микушин длительное время проработал ведущим инженером в научно исследовательском секторе НЭИС, конструкторско технологическом центре «Сигнал», Научно производственной фирме «Булат». В процессе этой деятельности он внёс вклад в разработку систем радионавигации, радиосвязи и транкинговой связи.

Научные исследования внедрены в аппаратуре радинавигационной системы Loran-C, комплексов мобильной и транкинговой связи «Сигнал-201», авиационной системы передачи данных «Орлан-СТД», отечественном развитии системы SmarTrunkII и радиостанций специального назначения.

Источник

Для чего в полупроводниковых приборах используются невыпрямляющие омические контакты

Контакты полупроводник – металл

Выпрямляющий контакт характеризуется нелинейной ВАХ типа (4.100), следовательно прямое сопротивление контакта (при подаче прямого напряжения смещения) меньше обратного.

В зависимости от полярности приложенного внешнего напряжения высота барьера j _{к n} для электронов и j _{к p} для дырок со стороны полупроводника будут меняться. Соответственно, будет изменяться и сопротивление приконтактного слоя.

Таким образом, контакты, показанные на рис. 4.10, обладают выпрямляющими свойствами и могут быть основой диодов. Диоды, использующие барьеры Шотки, называют диодами Шотки. ВАХ выпрямляющего контакта аппроксимируется уравнением, аналогичным (4.12):

Невыпрямляющий (омический) контакт используется практически во всех полупроводниковых приборах для формирования внешних выводов от полупроводниковых областей; для него характерны близкая к линейной ВАХ и малое сопротивление.

Наличие обогащенного слоя означает, что сопротивление контакта определяется нейтральным слоем полупроводника и, следовательно, не зависит ни от величины, ни от полярности приложенного напряжения. Иными словами, в этом случае потенциальные барьеры для движения носителей тока со стороны полупроводника и металла практически отсутствуют.

Источник