Идеальный контакт металл-полупроводник

Идеальный контакт металл-полупроводник. Пусть имеются образцы металла и полупроводника n - типа с плоскими поверхностями.

При этом уровень Ферми в полупроводни- ке может лежать как выше, так и ниже уровня Ферми в металле на рис.8 . Приведем образцы в идеальный т.е. без зазора и слоя окисла между ними контакт.

Если, то электроны в первый момент по- текут преимущественно из полупроводника в металл. Металл зарядит- ся отрицательно, а полупроводник - положительно, в результате че- го возникает контактная разность потенциалов Uк и электрическое поле, препятствующее переходу электронов из полупроводника в ме- талл. Избыточный поток электронов будет иметь место до тех пор, пока уровни Ферми в металле и полупроводнике не выравняются, и не установится динамическое равновесие, характеризуемое равенством токов эмиссии 2.1 следовательно, контактная разность потенциалов определяется выра- жением 2.2 где и термодинамические работы выхода электрона из металла и полупроводника, определяемые как. Контактная разность потенциалов полностью падает на прикон- тактной области полупроводника, так как в металл электрическое поле практически не проникает из-за высокой концентрации носите- лей. Напряженность электрического поля в поверхностном слое по- лупроводника не превышает 10 всм, а напряженность поля ионов кристаллической решетки составляет 10 всм. Поэтому контактное поле не в состоянии изменять ширину запрещенной зоны полупровод- ника, зато обуславливает появление в его приконтактном слое изги- ба энергетических зон на величину, причем в случае зо- ны будут искривлены кверху, рис.9,а При этом приконтактный слой обогатится дырками.

Этот обогащенный неосновными носителями слой с пониженной удельной проводимостью называется запирающим.

В полупроводнике p - типа он возникает при рис. 9,б В случаях контакта металл-полупроводник n - типа при и контакта металл-полупроводник p - типа при рис.9,в, г приконтактная область обогащается основными носите- лями и образуется слой с повышенной удельной проводимостью, кото- рый называется антизапирающим.

Выясним, от каких параметров зависит толщина приконтактного слоя, т.е. глубина проникновения контактного поля в полупровод- ник. Предположим, что электрическое поле проникает в полупровод- ник на некоторую глубину. В приконтактной области энергия электронов на дне зоны проводимости равна 2.3 объемный заряд в приконтактной области определяется выражением 2.4 Поскольку вся контактная разность потенциалов падает на при- контактной области полупроводника, можно считать, что 2.5 В этом случае выражение 2.4 принимает вид 2.6 Это означает, что на расстоянии, на которое проникает поле, из электронного полупроводника свободные электроны вытесняются, и в этой зоне остается положительный заряд, определяемый концентраци- ей ионов примеси.

Для области объемного заряда уравнение Пуассона с учетом 2.6 имеет вид 2.7 Общее решение этого уравнения 2.8 Так как поле проникает в полупроводник только на глубину, то уравнение 2.8 должно удовлетворять граничным условиям 2.9 С учетом 2.9 находим 2.10 Следовательно, в приконтактной области электростатический потен- циал в зависимости от координаты меняется следующим образом 2.11 Для определения величины используем граничные условия в точке 2.12 Это уравнение позволяет получить из уравнения 2.11 значение глу- бины проникновения поля 2.13 Из полученной формулы следует чем меньше концентрация носи- телей заряда в полупроводнике т.е. степень его легирования и, чем больше разность работ выхода электронов из металла и полупро- водника, тем больше глубина проникновения в полупроводниик элект- рического поля, вызванного контактной разностью потенциалов. 2.2.