Материал: Tverdotila_elektronika

39

За відсутності зовнішньої напруги (U 0 ) і з’єднанні напівпровідників відбувається перерозподіл носіїв заряду, внаслідок чого вирівнюються рівні Фермі р- та n-областей і виникають потенціальні бар’єри: для електронів n-області – qU Kn , для дірок р-області – qUKp , причому UKn

(рис. 1.7 а). Оскільки бар’єри для електронів і дірок відрізняються, то під дією зовнішньої прямої напруги гетероперехід забезпечує односторонню ефективну інжекцію дірок із матеріалу, що має більшу ширину ЗЗ (рис. 1.19 б). Ця особливість називається явищем надінжекції і робить гетероперехід ефективним інжектором.

1.3.2 P+- p та n+- n переходи

P - p переходи ( n - n переходи) - це контакти двох

НП одного типу електропровідності, але з різною концентрацією домішок. Знаком “+” позначається НП з більшою концентрацією акцепторів чи донорів.

У таких переходах носії з області більшої концентрації переходять до області з меншою концентрацією. Внаслідок цього в області з більшою концентрацією домішок створюється деяка кількість іонізованих атомів домішок, а з протилежного боку переходу зростає надлишок основних носіїв. Виникають дифузійне електричне поле і контактна різниця потенціалів:

для p - p переходу UK T ln p p0 , pp0

для n - n переходу UK T ln n n0 . nn0

Оскільки в таких переходах не створюється шар з малою концентрацією носіїв заряду й опір переходів істотно не

40

відрізняється від опорів нейтральних областей, залишаючись низькоомним, то такі переходи не мають випрямних

властивостей. У p - p та n - n переходах відсутня інжекція неосновних носіїв заряду з низькоомної області до

високоомної. Якщо, наприклад, до n - n переходу підключити джерело зовнішньої напруги плюсом до n -області, а

мінусом – до n -області, то з n -області в n -область будуть переходити електрони, які залишаються основними

носіями. При зміні полярності зовнішньої напруги з n - області до n -області повинні інжектувати дірки. Проте їх концентрація настільки мала, що це явище не відбувається. Невипрямні та неінжектуючі переходи використовують в омічних контактах напівпровідникових приладів.

1.3.3 P- i та n - i переходи

Ці переходи займають проміжне положення між звичайними p-n переходами та описаними в попередньому пункті контактами. Створюються p - i та n - i переходи

між двома пластинами, одна з яких має домішкову (електронну або діркову) електропровідність, а інша – власну.

Уp - i контактах внаслідок різниці концентрацій носіїв

уобластях відбувається інжекція дірок з p -області до i -

області, а електронів з i -області до p -області. Внаслідок

малої величини електронної інжекційної складової потенціальний бар’єр на межі переходу створюється нерухомими негативними іонами акцепторів p -області,

надлишковими дірками i -області, які дифундують до неї через перехід. Оскільки pp0 pi , то запірний шар в i -

області значно товщий, ніж у p -області.

41

1.3.4 Контакти металу з напівпровідниками

Властивості таких контактів визначаються співвідношенням робіт виходу електронів із металу (Wî ì ) та з НП

(Wî ð або Wî n ). Електрони переходять з матеріалу, що має

меншу роботу виходу, до матеріалу з більшою роботою виходу.

Якщо при з’єднанні металу з НП n -типу співвідношення робіт виходу Wî n , то електрони переходять з НП до металу. Якщо здійснюється контакт металу з НП p -типу при Wî ì Wî p , то електрони переходять з металу до НП. В

обох випадках відбувається збіднення приконтактного шару НП на основні носії заряду. Збіднений шар має підвищений опір, який можна змінювати під дією зовнішньої напруги. Тому такий контакт має нелінійну ВАХ і є випрямним. Перенесення заряду в таких контактах здійснюється основними носіями, і в них відсутні явища інжекції, накопичування і розсмоктування зарядів. Отже, випрямні контакти метал-напівпровідник є малоінерційними і використовуються при виготовленні діодів з бар’єром Шотткі, які мають високу швидкодію, тобто малий час переключення.

збагачується на основні носії заряду, його опір зменшується і не залежить від полярності зовнішньої напруги. Такий контакт має практично лінійну ВАХ і є невипрямним.

1.3.5 Омічні контакти

Омічні контакти також мають лінійну ВАХ і забезпечують з’єднання НП з металевими струмопровідними елементами (виводами) напівпровідникових приладів. Крім лінійності ВАХ, контакти такого типу повинні мати малий

42

опір і забезпечити відсутність інжекції з металу до НП. Ці вимоги задовольняються введенням між робочим напівпровідниковим кристалом і металом області НП з підвищеною концентрацією домішок (рис. 1.20).

Рисунок 1.20 – Омічний контакт

Контакт між НП одного типу електропровідності ( p та

p ) є не випрямним і низькоомним. Метал вибирають із

міркувань забезпечення малої контактної різниці потенціалів. Для цього можна, наприклад, ввести домішки, якими леговано напівпровідник. У цьому випадку при сплавленні металу з НП у приконтактній області створюється тонкий шар виродженого НП, що відповідає структурі, зображеній на рисунку 1.20.

43