![]() КАТЕГОРИИ:
АстрономияБиологияГеографияДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника
|
Барьер ШотткиВ этом подразделе дано общее представление о физике работы диода Шоттки. Более подробное описание его работы можно найти во второй части учебного пособия «Полупроводниковые приборы и элементы интегральных микросхем» ч2. Мощные и СВЧ полупроводниковые приборы. Чтобы построить правильную зонную диаграмму идеального перехода металл-полупроводник, находящегося в тепловом равновесии, нужно учитывать следующее: – энергия вакуумного уровня E0 должна быть изображена в виде непрерывной линии, так как величина E0 представляет собой энергию "свободного" электрона и поэтому должна быть непрерывной однозначной функцией от положения в пространстве; – сродство к электрону c, так же как и ширина запрещенной зоны, есть свойство, связанное с кристаллической решеткой, поэтому для заданного материала постоянно; – в полупроводнике Ec и c постоянны, а E0 непрерывна. Исходя из этих факторов изобразим зонную диаграмму для системы металл - полупроводник (рис.2.1) для полупроводника n-типа, работа выхода из которого меньше, чем из металла. На границе раздела (рис.2.1, а) наблюдается скачок разрешенных энергетических состояний
Этот скачок разрешенных энергетических состояний был назван барьером Шоттки, так как впервые В.Шоттки в 1983 г. вывел аналитическое выражение для ВАХ перехода металл - полупроводник, предполагая, что толщина области пространственного заряда xd по крайней мере в несколько раз превосходит среднюю длину свободного пробега электронов, а напряженность поля меньше той, при которой происходит насыщение дрейфовой скорости. Из-за различия величин работы выхода электронов из металла и полупроводника наблюдается обмен зарядами (часть электронов у границы раздела из полупроводника переходит в металл). Примем условия так называемого приближения обеднения, а именно: – концентрация свободных дырок чрезвычайно мала, и ее можно не принимать во внимание; –на участке от границы раздела до плоскости x = xd концентрация электронов много меньше концентрации доноров; – за пределами x = xd концентрация доноров Nd = n. В таком случае напряжение, падающее на области пространственного заряда, будет равно взятой со знаком "минус" площади ограниченной кривой, показанной на рис.2.1, в:
где в соответствии с законом Гаусса Emax = Соотношение(2.2) часто используется, чтобы выразить xd. Барьер Шоттки Предположение о независимости высоты барьера Согласно этому эффекту электрон, переходящий из металла в полупроводник, оставляет после себя "электрическое изображение", эквивалентное положительному заряду +q (рис.2.2). Рисунок 2.1– Энергетические зонные диаграммы Шоттки: а – идеализированная равновесная зонная диаграмма для выпрямляющего контакта металл - полупроводник (барьер Шоттки); б – расположение заряда для равновесного состояния; в – распределение поля для равновесного состояния; г – зонная диаграмма при смещении в прямом направлении; д – зонная диаграмма при смещении в обратном направлении Рисунок 2.2– Энергетическая диаграмма контакта металл - полупроводник с учетом зеркального изображения В результате действия силы зеркального изображения
Как следует из(2.3) и рис.2.2(кривая 3), под действием внешнего поля высота потенциального барьера уменьшается на Из(2.3) можно получить выражения для xM и
где εs – относительная диэлектрическая проницаемость полупроводника; ε – электрическое контактное поле в барьере Шоттки. Таккак обычно типовые значения ε = 104…105 В/см и ε = 12, то согласно(2.4) и(2.5) имеем xM = 10-7см и Для прямых смещений величина, на которую снижается барьер Шоттки, практически не оказывает влияние на токопрохождение, но при обратных, когда поток электронов из полупроводника в металл прекращается, снижение высоты барьера на
|