6. Контакт металл-полупроводник.

Контакты между проводником и металлом широко используются для формирования внешних выводов от полупроводниковых областей приборов и создания быстродействующих диодов. Тип контакта металл-полупроводник определяется работой выхода электронов из металла и полупроводника, знаком поверхностного заряда на границе раздела, а также типом проводимости полупроводника и концентрацией примесей в нем.

Выпрямляющий контакт в состоянии равновесия. Выпрямляющим называется контакт, прямое сопротивление которого меньше обратного. Для получения выпрямляющего контакта между металлом и полупроводником n-типа работа выхода электронов из полупроводника должна быть меньше, чем из металла, или должна быть велика плотность отрицательного поверхностного заряда. Если работа выхода из полупроводника меньше, чем у металла, то 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. Как и для p-n-перехода равновесное состояние характеризуется определенными значениями напряженности поля, высоты потенциального барьера и толщины обедненного слоя, который целиком расположен в полупроводнике вследствие предельно высокой концентрации свободных электронов в металле. При отсутствии поверхностного заряда равновесная высота потенциального барьера была бы равна разности работ выхода из металла и полупроводника. Однако реально в полупроводнике n-типа существует отрицательный поверхностный заряд, плотность которого, отнесенная к заряду электрона составляет от 10¹⁰……10¹⁴см^-2 (для кремния) до 10¹³см^-2 (для арсенида галлия). Под действием этого заряда электроны выталкиваются из приповерхностного слоя полупроводника, что также способствует образованию обедненного слоя. Поэтому высота потенциального барьера определяется не только разностью работ выхода, но плотностью поверхностного заряда, а при очень высокой плотности поверхностного заряда (арсенид галлия) практически не зависит от вида металла. В контакте металла с полупроводником p-типа отрицательный поверхностный заряд способствует обогащению приповерхностного слоя полупроводника дырками. Поэтому при отрицательном поверхностном заряде обедненный слой для полупроводника p-типа можно получить только в том случае, когда работа выхода из металла меньше, чем их полупроводника. При этом электроны из металла переходят в валентную зону полупроводника, что приводит к уменьшению концентрации дырок в приповерхностной области.

Если к контакту металл-полупроводник подключить источник напряжения, то равновесное состояние нарушается – в цепи потечет ток. При прямом напряжении (плюс к металлу) потенциальный барьер, препятствующий переходу электронов из полупроводника в металл, понижается пропорционально . Прямой ток через контакт образуют электроны полупроводника, энергия которых достаточна для преодоления пониженного потенциального барьера. При обратном напряжении (минус - к металлу) потенциальный барьер повышается пропорционально . Обратный ток образуется электронами, переходящими из металла в полупроводник, энергия которых достаточна для преодоления потенциального барьера.

Прямой ток через контакт обусловлен движением основных носителей, и инжекция неосновных носителей, характерная для перехода, здесь практически отсутствует.