Тема 6. Контактні явища

План самостійної роботи до теми

№ сам. роботи	Кількість годин на роботу	Теми самостійних робіт
25.	1	Омічний контакт. Тунельний ефект.
26.	1	Електронно-дірковий перехід
27.	1	Процеси інжекції та екстракції
28.	1	Плавний перехід
29.	1	Типи пробою

1. Омічний контакт. Тунельний ефект.

Омічний контакт — це контакт, в результаті якого залеж­ність струму від прикладеної напруги підпорядковується закону Ома. Ця залежність має лінійний харак­тер і однакова як за умови прямого, так і зворотного поля.

Розглянемо фізичні процеси, які відбуваються на такому контакті. Потенціальний бар'єр на контакті встановлюється внаслідок невеликої різниці робіт виходу електронів з ме­талу і напівпровідника, значно мен­шої, ніж на випрямляючому контак­ті. Коли до контакту, наприклад, до металу прикладено «-», до напів­провідника «+», електрони з металу проходять в напівпровідник Якщо врахувати, що електрон рухається у вигляді хвилі і його енергія набуває суворо визначені значення, кратні hv (це доведено теоретично й експери­ментально), він може проникати крізь дуже високий і тонкий бар'єр без зміни енергії. Цей ефект нази­вається тунельним (електрони про­биваються як через тунель). При цьо­му будемо мати майже лінійну за­лежність струму від прикладеної напруги. У випадку зворотного поля електрони в напівпровіднику, пере­буваючи ніби над потенціальним ба­р'єром, скочуватимуться у метал без перешкод і вольт-амперна характе­ристика також буде лінійною.

Омічні контакти використовують для створення виводів до напівпро­відникових елементів і мікросхем.

Як на практиці правильно вибрати матеріал для випрямляючого і оміч­ного контактів, якщо під руками немає довідника, де можна дізнатись про роботу виходу?

Якщо треба створити випрямля­ючий контакт до напівпровідника п-типу, метал має бути акцептором від­носно даного напівпровідника. У ви­падку напівпровідника р-типу метал повинен бути донором. За такої умо­ви матимемо надійний випрямляю­чий контакт.

Для створення омічних виводів метал має бути електронейтральним — ні донором, ні акцептором. У разі, коли важко підібрати електронейтральний метал, то можна до напівпровідника n-типу підібрати метал-донор, а до напівпровідника р-типу — метал-акцептор.

Підбір матеріалів проводять з ура­хуванням фізичних процесів, що від­буваються на контакті, а також, щоб забезпечити надійне з'єднання цих матеріалів, тобто надійний в процесі експлуатації приладу контакт.

Зміст самостійної роботи:

Підготувати повідомлення на тему «Омічний контакт».

2. Електронно-дірковий перехід

Відомо, що положення рівня Ферми в домішковому напівпровіднику залежить від провідності і концентрації носіїв заряду. На рисунку 2.1., а і б показано положення рівня Ферми на енергетичних діаграмах відособлених р- і n- областей напівпровідника (до контакту). У напівпровіднику n- типу рівень Фермi (W_Fn на рисунку 2.1., а) зміщений від середини забороненої зони в бік зони провідності, а в напівпровіднику р- типу рівень Фермi (W_Fp на рисунку 2.1., б) зміщений в сторону валентної зони.

Після утворення р-n переходу і виникнення деякої контактної різниці потенціалів U_к установлюється теплова рівновага, при якій результуючий струм через р-n перехід стає рівним нулю. Це означає, що в умовах теплової рівноваги імовірність проходження носіїв заряду через р-n перехід в обох напрямках стає однаковою. Отже, енергетичні діаграми n - і р - областей напівпровідника в процесі встановлення теплової рівноваги повинні зміститися відносно один одної так., щоб рівень Фермі був постійним по всьому переході, тобто рівень Фермі р - області W_Fp і n - області W_Fn повинні розташуватися в одну лінію. При цьому енергетична діаграма р - п переходу має вид, показаний на рисунку 2.1., в.

Рисунок 2.1.- Рівень Фермі в напівпровідниках:

а) до контакту в напівпровіднику n – типу;

б) до контакту в напівпровіднику р – типу;

в) після контакту.

Різниця мінімальних енергій електрона в зонах провідності р - і n - області визначається контактною різницею потенціалів. Концентрація електронів у зоні провідності n- області виявляється вище, тому що мінімальна енергія, якою повинні володіти електрони в цій зоні, нижче, ніж у зоні провідності р – області. Щоб перейти в зону провідності напівпровідника р-типу, електрону напівпровідника n - типа необхідно зробити роботу еφк. Таку ж роботу повинні виконати дірки для переходу з валентної зони напівпровідника р - типа у валентну зону напівпровідника n - типа.

Висота потенційного бар'єра в р-n переході визначається положенням рівня Фермі в n- і р- областях, тобто, концентрацією домішок N_д і N_a.

В електронному напівпровіднику з високим вмістом домішок при їхній концентрації порядку 10¹⁹ см^-3 рівень Фермі розташовується дуже близько до дна зони провідності. У дірковому напівпровіднику за тих самих умов рівень Фермі буде лежати поблизу стелі валентної зони. У граничному випадку одержимо різницю потенціалів порядку ширини забороненої зони.

Зменшення концентрації домішок у кожній з областей, навпаки, зміщує рівень Фермі до середини забороненої зони При цьому висота потенціального бар'єра між n- і р- областями знижується.

Зміст самостійної роботи:

Опрацювати матеріал про рівні Фермі в напівпровідниках.