Электроника и МПУ, Флёров А.Н

Лекция 5, тезисы

Контакт (переход) полупроводник- полупроводник

Если слои полупроводника одного типа проводимости, но с разной концентрацией примесей, то получается электронно -электронный (n⁺-n) и дырочно-дырочный (p⁺-p) переходы. (“+” обозначает повышенную концентрацию).

Рис. 5.1 Переход полупроводник- полупроводник

Контакт металл - полупроводник

Контакты между п/п и металлом широко используются в п/п технике. Это формирование внешних выводов и создание быстродействующих диодов.

Контакт металл-полупроводник получается вакуумным напылением пленки металла на очищенную поверхность полупроводника.

Различают выпрямляющие и омические переходы на контакте металла с полупроводником.

Выпрямляющий контакт (переход) - контакт с нелинейной ВАХ, когда прямое сопротивление перехода металл - полупроводник меньше обратного.

Омический контакт (переход) – невыпрямляющий контакт, сопротивление в прямом и обратном направлении подчиняется закону Ома

Тип контакта металл - полу­проводник определяется:

- работой выхода электронов из металла (А_м) и полупроводника (А_{n, p});

- знаком и плотностью поверх­ностного заряда на границе раздела;

- типом про­водимости полупроводника;

- концентрацией примесей в нем.

Переход металл-полупроводник. Переход Шоттки (Шотки)

Возникает при соединении металла с полупроводником p или n типа с разными степенями обогащения примесью и с разной работой выхода электронов A (полупроводник).

В зависимости от соотношении работ выхода А и типа п/п различают образование в п/п обедненного слоя носителями заряда и обогащенного.

Если (металл) А_м < А_n, то приконтактный слой полупроводника обогащается за счет металла, возникает переход “М- n⁺-n ” - т.е. переход возник внутри полупроводника.

Рис. 5.2 Переход металл-n полупроводник, А_м < А_n,

Если А_м < А_р, то приконтактный слой полупроводника обедняется, получается переход “М-р-р⁺”

Рис. 5.3 Переход металл- p полупроводник, А_м < А_р,

Выпрямляющим свойством обладает обедненный слой. Такой переход получил название “переход Шоттки”.

Выпрямляющий контакт, физика

Пример “n-М”

Если работа выхода электронов из n-полупроводника меньше, чем из металла, (металл) А_м >А_n, то при образовании контакта часть электронов переходит из полупроводника в металл; в полупроводнике появляется обедненный слой (структура “М- n-n+ ”), содержащий положительный заряд ионов доноров, ПОТЕНЦИАЛЬНЫЙ БАРЬЕР….

В обе­дненном слое возникает электрическое поле, препятствую­щее диффузии электронов к контакту (т.е. наблюдаются процессы аналогичные, как в рассмотренном ранее p-n переходе).

Величина потенциального барьера (прямое падение напряжения) - 0,2-0,4 вольт.

Возникающий потенциальный барьер называется “барьером Шоттки”.

Рис. 5.4 Образование потенциального барьера, переход М-n

Рассматриваемый переход обладает выпрямительным свойством.

Для п/п р – типа, чтобы переход обладал выпрямительным свойством, работа выхода электронов из металла должна быть меньше работы выхода п/п. А_р>А_м см. р ис. 5.3

Барьер Шоттки (открыл нем. физик Вальтер Шоттки — Walter Schottky)

Невыпрямляющий контакт, физика

Если эти свойства (выпрямляющий эффект) не нужны (например при формировании контактов в п/п приборах), то при подпайке выводов надо добиться чтобы А_р А_м (А_n А_м).

Такой контакт называется омическим. Он получается:

Для Si: Si_n — серебро + сурьма; Si_p — алюминий или алюминий + кремний.

Полупроводниковые диоды

Типы диодов: диоды бывают:

- электровакуумные (кенотроны),

- газонаполненные (газотроны, игнитроны, стабилитроны),

- полупроводниковые.

В настоящее время в подавляющем большинстве случаев применяются полупроводниковые диоды.

Полупроводниковый диод - это полупроводниковый прибор с двумя вы­водами, содержащий один p-n переход.

Рис. 5.5 Полупроводниковый диод (схема) и условное графическое обозначение (УГО) диода

Наибольшее применение получили кремниевые (Si -99% всего парка диодов) силовые, импульсные и пр., арсенид галлиевые (GaAs) - СВЧ диоды, перспективные - карбид кремниевые (SiC), нитрид галлиевые (GaN), InGaN, AlGaN - СВЧ диоды, светодиоды (InP, PbS), реже применяются германиевые (Ge) полупро­водниковые диоды.

Односторонняя проводимость p-n перехода наглядно иллюстрируется его вольтамперной характеристикой (ВАХ), показывающей зависимость тока через p-n-переход от величины и поляр­ности приложенного напряжения

Рис. 5.6 п/п диоды, конструкции (масштаб не выдержан)