11. Технологии получения и свойства p-n перехода в полупроводнике, зонная теория p-n перехода.

p -n переход (n-p переход, электронно-дырочный переход), переходная область между двумя частями одного полупроводника, одна из которых имеет электронную проводимость (n-типа), а другая — дырочную (р-типа). В области p-n перехода возникает электрическое поле, которое препятствует переходу электронов из п- в р-область, а дырок обратно, что обеспечивает выпрямляющие свойства p-n перехода. Является основой многих полупроводниковых приборов. По конструкции электронно-дырочные переходы могут быть симметричные и несимметричные, резкими и плавными, плоскостными и точечными и др. Однако для всех типов п ереходов основным свойством является несимметричная электропроводность, при которой в одном направлении кристалл пропускает ток, а в другом - не пропускает. Устройство электронно-дырочного перехода показано на рис 1. Одна часть этого перехода легирована донорной примесью и имеет электронную проводимость (N-область). Другая часть, легированная акцепторной примесью, имеет дырочную проводимость (Р-область). Концентрация электронов в одной части и концентрация дырок в другой существенно различаются. Кроме того, в обеих частях имеется небольшая концентрация неосновных носителей.

12. Переход металл – полупроводник, его вольтамперная характеристика, способы улучшения линейности.

В современных полупроводниковых приборах помимо контактов с электронно-дырочным переходом применяются также контакты между металлом и полупроводником. Процессы в таких переходах зависят от так называемой работы выхода электронов, т. е. от той энергии, которую должен затратить электрон, чтобы выйти из металла или полупроводника. Чем меньше работа выхода, тем больше электронов может выйти из данного тела. Рассмотрим процессы в различных металло-полупроводниковых переходах.

Рисунок 1 - Контакт металла с полупроводником n-типа

Если в контакте металла с полупроводником n-типа (рис. 1) работа выхода электронов из металла A_M меньше, чем работа выхода из полупроводника A_n, то будет преобладать выход электронов из металла в полупроводник. Поэтому в слое полупроводника около границы накапливаются основные носители заряда (электроны), и этот слой становится обогащенным, т. е. в нем увеличивается концентрация электронов. Сопротивление этого слоя будет малым при любой полярности приложенного напряжения, и, следовательно, такой переход не обладает выпрямляющими свойствами. Его называют невыпрямляющим (омическим) контактом. Подобный же невыпрямляющий диод получается в контакте металла с полупроводником p-типа (рис. 2), если работа выхода электронов из полупроводника меньше, чем из металла.

Рисунок - 2 Контакт металла с полупроводником p-типа

В этом случае из полупроводника в металл уходит больше электронов, чем в обратном направлении, и в приграничном слое полупроводника также образуется область, обогащенная основными носителями (дырками), имеющая малое сопротивление. Оба типа невыпрямляющих контактов широко используются в полупроводниковых приборах при устройстве выводов от n- и p-областей. Для этой цели подбирают соответствующие металлы.

Рисунок 3 - Контакт металла с полупроводником n-типа

Иными свойствами обладает переход, показанный на рис. 3. Если в контакте металла с полупроводником n-типа A_n<A_M, то электроны будут переходить главным образом из полупроводника в металл и в приграничном слое полупроводника образуется область, обедненная основными носителями, и поэтому имеющая большое сопротивление. Здесь создается довольно высокий потенциальный барьер, высота которого будет существенно меняться в зависимости от полярности приложенного напряжения. Такой переход обладает выпрямляющими свойствами. Подобные переходы в свое время исследовал немецкий ученый В. Шотки и теперь барьеры в таких переходах именуются барьерами Шотки, а диоды с этим барьером - диодами Шотки. В диодах Шотки (в металле, куда приходят электроны из полупроводника) отсутствуют процессы накопления и рассасывания зарядов неосновных носителей, характерные для p-n-переходов. Поэтому диоды Шотки обладают значительно более высоким быстродействием, нежели обычные диоды, так как накопление и рассасывание зарядов - процессы инерционные, т. е. требуют времени. Аналогичными свойствами обладает контакт металла с полупроводником типа p при A_M<A_n.