4 Діод Шоткі та його електрофізичні властивості. Формування діоду Шоткі, розрахунок профіля потенціалу в опз та ємності діода в залежності від прикладеної напруги. Випрямляючі властивості діоду Шоткі.

Діод Шотткі є напівпровідниковим діодом з низьким значенням падіння прямої напруги, та дуже швидким перемиканням. Діоди Шотткі використовують перехід метал-напівпровідник, як бар'єр Шотткі, (замість p-n переходу (як у звичайних діодів).

Властивості: 1) Допустима обернена напруга - 250 В;2)Висока швидкодія діодів Шотткі обумовлена тим, що на відміну від звичайних діодів з p-n— переходами, де носіями струму є «неосновні носії», в них прямий струм повністю обумовлений «основними носіями» (електронами); 3) Пряме падіння напруги – 0.2 – 0.4 В; 4) Менша електрична ємність (=>більша частота роботи).

Ф ормування: використовуються в інтеграль-них технологіях — як «омічні контакти», опір яких значно менший за об'ємний опір напівпровідника, та опорами паразитних витоків.При виготовленні діода Шоткі на очищену поверхню напівпровідникового кристала (Si, GaAs, рідше Ge) наносять шар металу (Au, Al, Ag, Pt и др) методом катодного розпилення або хімічного чи електричного насадження. В діода Шоткі виникає потенціальний бар’єр, зміна висоти якого під дією зовнішнього поля приводить до зміни стурму через діод.

(На малюнку: 1 – напівпровідникова підкладинка; 2 – епітаксійна плівка; 3 – контакт метал-напівпровідник

4 – маталічна плівка; 5 – зовнішній контакт)

Р озрахунок потенціалу і ємності: Розрахунок проводимо, виходячи з рівняння Пуасона:З араяд в області просторового заряду обумовлений концентрацією донорів тому записуєм

E (x) = -∇φ

Граничні умови: x = W, ψ(W) = 0 =====>

Випрямляючівластивості:Завдякисвоїмчасовимхарактеристикамімалою (впорівнянні) ємністювипрямлячінадіодахШотківідрізняютьсямалимрівнемшумів.

(На малюнку:

а – структура барєра при оберненомузміщенні

б – розподілелектричного поля в ОПЗ

в – розподілпотенціалу в ОПЗ)

Додатковаінформація:

В умовах рівноваги – V=0 – струм з напівпровідника в метал врівноважується струмом з метала в напівпровідник. При прикладанні напруги цей баланс порушується і сумарний струм буде рівний сумі цих струмів. Отримуємо таку ВАХ як на малюнку.

В області прямого зміщення струм експоненційно зростає щі зростом прикладеної напруги

(Вольтамперна характеристика)

(енергетичні рівні бар’єру Шоткі)

5 Легування,дифузія. Перший та другий закони Фіка та їх використання при виготовленні шарів напівпровідникових приладів.Розподіл домішок отриманий за рахунок дифузії із обмеженого та нескінченного джерела

Легування (англ. doping) — процес додавання контрольованих домішок до напівпровідника. Процес базується на властивості напівпровідників, що робить їх найбільш корисними для розробки електронних пристроїв: їх провідність можна легко змінити шляхом введення домішок в їх кристалічну решітку. Певна кількість домішок, або дифузантів, доданих до бездомішкового (чистого) напівпровідника змінює його провідність.

Напівпроводник n-типу - напівпровідник, в якому основні носії заряду - електрони провідності.

Для того, щоб отримати напівпровідник n-типу, власний напівпровідник легують донорами. Здебільшого це атоми, які мають на валентній оболонці на один електрон більше, ніж атоми напівпровідника, який легується. При не надто низьких температурах електрони зі значною йомовірністю переходять із донорних рівнів у зону провідності, де їхні стани делокалізовані й вони можуть вносити вклад у електричний струм.

Кількість електронів у зоні провідності залежить від концентрації донорів, енергії донорних рівнів, ширини забороненої зони напівпровідника, температури, ефективної густини рівнів у зоні провідності.

Здебільшого легування проводиться до рівня 1013 - 1019 донорів на см3. При високій концентрації донорів напівпровідник стає виродженим.

Дифу́зія — процес випадкового невпорядкованого переміщення часток під впливом хаотичних сил, зумовлених тепловим рухом і взаємодією з іншими частками.

Зако́ни Фі́ка

1) В системі з градієнтом концентрації речовини dC/dx в напрямку х дифузійний потік J визначається першим законом Фіка:

де D — коефіцієнт дифузії (знак «-» вказує на напрямок потоку від більших концентрацій до менших).

У разі градієнту концентрації не лише в напрямку х, треба використовувати загальнішу формулу:

де μ — хімічний потенціал.

2) В системі з градієнтом концентрацій речовини dC/dx в напрямку х швидкість зміни концентрації речовини в даній точці, зумовлена дифузією, визначається другим законом Фіка:

(1)

де t — час.

Закони Фіка використовуються для керування концентрацією легуючої домішки в зразку, забезпечення однорідного легування.

Випадок необмеженого джерела домішок:

Початкові умови при t=0 : N(x,0)=0;

Граничні умови :

N(0,t)=Ns=const ,де Ns постійна поверхнева концентація ;

Тоді розвязання рівняння (1) ізадовільняє початкові і граничні умови :

Випадок обмеженого джерела домішок :

,де Q кількість атомів на см^2 площі

Висновки:

1.Час дифузії пропорційний квадрату довжині дифузії

2. При заданій гибині дифузії шару, зміні коеф дифузії еквівалентна зміні часу процесу