3.1.1.6. Напруга пробою діода

Напруга пробою переходу залежить від концентрації домішки в області з меншим рівнем легування. На рис. 3.3 зображено в логарифмічному масштабі графік залежності напруги лавинного пробою від концентрації домішки в слаболегованій області для однобічного ступінчатого переходу. Для значень напруги пробою U_BR від 300 до 10 В існує лінійна залежність між lgU_BR i lgN_дом. Аналітичний запис напруги пробою для лінійного відрізка (рис. 3.3.) має такий вигляд :

U_BR= ( 2,3.10¹² ) (N)^-0,66,

(3.50)

де N – концентрація домішки ат/см³.

Для плавного переходу з лінійним концентраційним профілем домішки напругу пробою визначають за формулою

U_BR= ( 0.31.10⁹ )k_г^-
0,4.

(3.51)

де k_г - градієнт концентрації домішки [ ат/см⁴ ].

Графік на рис. 3.3, а також формули (3.50 ) і (3.51 ) відносяться до планарних p-n-переходів (переходів створених паралельними шарами p- та n-типу). Реальні p-n-переходи, створені на основі транзисторних структур (рис. 3.2), будуть мати напругу пробою меншу, ніж у планарних структур.

3.1.2. Діод Шотткі

Найпростіша структура діода Шотткі (ДШ) в інтегрованій мікросхемі (ІМС) зображена на рис. 3.4. Бар’єр Шотткі створюється на межі розділювання металевого контакту 3 і напівпровідника n-типу 5. Концентрація домішок у напівпровіднику має бути N 5.10²³атом/м³. Власне перехід від металевого контакту 3 до напівпровідника 5 і є інтегрованим ДШ. Для створення омічного контакту електрода 2 до низьколегованої області 5 формують перехідну область 1, а для зменшення опору пасивної області діода формують заглиблений шар 4.

Висоту потенціального бар'єра U₀ на границі між напівпровідником і металом за умов рівноваги розраховують за формулою

(3.52)

де і - термодинамічна робота виходу для металу і напівпровідника; U_МН – потенціальний бар’єр контакту метал – напівпровідник; E_g – ширина забороненої зони напівпровідника; q – заряд електрона; _F– потенціал Фермі в напівпровіднику.

Величина зовнішньої роботи виходу залежить для використовуваних напівпровідників і знаходиться в межах 4 - 6 еВ (зовнішня робота виходу для силіцію - 4,15 еВ). Значення термодинамічної роботи виходу для використовуваних металів знаходиться теж у межах 4 - 6 еВ (алюміній – 4,1 еВ, молібден - 4,7 еВ, платина – 5,3 еВ, силіцид молібдену – 4,8 еВ, силіцид платини – 4,7 еВ).

Розподіл електронів у приповерхневому шарі напівпровідника визначають за формулою

(3.53)

де n₀ – концентрація електронів у зоні провідності за температури 300 К; U(x) – розподіл потенціалу в ОПЗ напівпровідника, , .

Заряд у приповерхневому шарі напівпровідника буде позитивним. Його визначають як різницю між зарядом іонізованих домішок і зарядом електронів n(x)

(3.54)

3.1.2.1. Діод Шотткі за умов рівноваги

Потенціал в області просторового заряду залежить від розподілу в ній заряду. За умови, що концентрація заряду в приповерхневій області товщиною залишається постійною й рівною концентрації заряду на поверхні , а за її межами і дорівнюють нулю, розподіл потенціалу визначають за виразом