Контакты металл-полупроводник

1. Выпрямляющие контакты

В выпрямляющих контактах металл – полупроводник p-типа . Это значит, что энергетические уровни, соответствующие зоне проводимости полупроводника, заполнены в металле больше, чем в полупроводнике. Следовательно, после соприкосновения слоев часть электронов перейдет из металла в полупроводник и создаст отрицательный заряд на границе с металлом. Наличие дополнительных электронов приводит к уменьшению расстояния между уровнем Ферми и дном зоны проводимости в этой области, поэтому энергетические уровни полупроводника искривляются вниз.

В выпрямляющих контактах металл – полупроводник n-типа . В этом случае после соприкосновения слоев электроны переходят из полупроводника в металл, и соответственно уровни искривляются вверх.

Зонные диаграммы выпрямляющих контактов металла с полупроводником:

(а) – контакт с полупроводником p-типа,

(б) - контакт с полупроводником n-типа.

2. Невыпрямляющие контакты

В невыпрямляющих контактах металл – полупроводник в случае контакта с полупроводником p-типа имеет место соотношение , а в случае контакта с полупроводником n-типа - соотношение . В этих случаях искривления зон получаются обратными по отношению к случаям выпрямляющих контактов, то есть граничные слои оказываются не обедненными, а обогащенными основными носителями. Соответственно удельное сопротивление граничных слоев оказывается значительно меньше, чем у основных слоев полупроводника вдали от границы. Такие переходы являются основой омических контактов.

Зонные диаграммы невыпрямляющих контактов металла с полупроводником:

(а) – контакт с полупроводником p-типа,

(б) - контакт с полупроводником n-типа.

Особым случаем является случай, когда уровень Ферми металла в исходном состоянии лежит ниже середины запрещенной зоны полупроводника n-типа. Поэтому зоны искривляются настолько сильно, что в области пространственного заряда потолок валентной зоны частично расположен на расстоянии менее 1/2 запрещенной зоны от уровня Ферми. Такое расположение характерно для дырочных полупроводников. Следовательно, в данном случае вблизи поверхности полупроводника n-типа образовался тонкий слой полупроводника с обратным типом проводимости. Этот слой называют инверсионным. В целом получился плавный p-n переход, полностью расположенный внутри полупроводника. Образование инверсионного слоя объясняется тем, что электронов в зоне проводимости полупроводника (в граничном слое) оказывается недостаточно для равновесия системы, и в металл должно перейти некоторое количество электронов из валентной зоны, в результате чего образуются дырки.

Зонная диаграмма контакта, при котором образуется инверсионный слой.

Пробой p-n перехода

Под пробоем p-n перехода понимается резкое уменьшение дифференциального обратного сопротивления, сопровождающееся резким возрастанием обратного тока при незначительном увеличении напряжения. Различают три вида (механизма) пробоя: туннельный (зенеровский), лавинный и тепловой. Первые два связаны с увеличением напряженности электрического поля, а третий – с увеличением рассеиваемой мощности и соответственно температуры.