21. Енергетична діаграма контакту метал-напівпровідник. Перехід Шоткі у рівноважному стані. Його основні параметри.

• Розглянемо контакт метал – напівпровідник (МН). У разі контакту можливі різні комбінації (p або n тип напівпровідника) і співвідношення термодинамічних робіт виходу з металу і напівпровідника (Ф_н>Ф_м, Ф_н<Ф_м). Залежно від цих співвідношень в області контакту можуть реалізуватися три випадки.

• Перший випадок відповідає умові плоских зон в напівпровіднику, реалізується нейтральний контакт (Ф_н=Ф_м).

• Другий випадок відповідає умові збагачення приповерхневої області напівпровідника (дірками в p типі і електронами в n типі), реалізується омічний контакт (n, Ф_н>Ф_м; p, Ф_н<Ф_м).

• У третьому випадку приповерхнева область напівпровідника збіднена основними носіями, в області контакту з боку напівпровідника формується область просторового заряду з іонізованих донорів або акцепторів, тобто реалізується блокуючий контакт, або бар'єр Шоттки (n, Ф_н<Ф_м; p, Ф_н>Ф_м).

Омічні контакти мають лінійну вольт-амперну характеристику (ВАХ) і використовуються для забезпе­чення електричного контакту до напівпровідникових приладів. Крім лінійності ВАХ, контакти такого типу повинні мати малий опір і забезпечити відсутність інжекції з металу до напівпровідника. Ці вимоги можна задовольнити шляхом введенням між напівпро­відником і металом області з підвищеною концентрацією домішок n+, p+.

Виникнення запірного і антизапірного шарів в області контакту МН n(p) типу при різному співвідношенні робіт виходу. Омічний контакт б, в.

22. Вольт-амперна характеристика переходу Шоткі. Переваги та недоліки діодів Шоткі.

Чудовою властивістю блокуючого контакту МН є суттєва залежність його опору від зовнішньої різниці потенціалів. Ця залежність настільки сильна що приводить до практично односторонньої провідності контакту (уніполярної провідності).

Розглянемо, як змінюється зонна діаграма контакту МН при прикладені зовнішньої напруги U. При цьому величина зовнішньої напруги U > 0 не повинна бути більшої контактної різниці потенціалу U_k, а при негативній напрузі U < 0 вона обмежується тільки електричним пробоєм структури. На рис. наведені відповідні зонні діаграми при позитивній і негативній напрузі на металевому електроді бар'єру Шотткі. З наведеного рис. видно, що роль зовнішньої напруги зводиться тільки до регулювання висоти та товщини потенційного бар'єру і величини електричного поля в ОПЗ напівпровідника.

Товщина шару об'ємного заряду дорівнює

d = (U<0, U>0).

Густина струму через бар'єр Шотткі визначається виразом

-1)

Формула являє собою рівняння вольт-амперної характеристики (ВАХ) бар'єра Шотткі.

Зонна діаграма бар'єру Шотткі при різній напрузі на бар'єрі: а) U=0; б) U>0, пряме зміщення; в) U<0, зворотне зміщення

Діоди Шотткі використовуються для виготовлення дискретних приладів НВЧ-діапазону, як імпульсні діоди, а також в інтегрального схемах. Потужні (силові) діоди виготовляються зазвичай на основі n – кремнію, вони мають робочі струми до сотень ампер і дуже високу швидкодію в порівнянні з діодами на основі p-n переходів.

Головна перевага діодів Шотткі - висока швидкодія, а також більш низькі робочі напруги при прямому зміщені, особливо для великих струмів.

До недоліків діодів Шотткі слід віднести низькі зворотні допустимі напруги і великі, порівняно з діодами на основі p-n переходів, зворотні струми.

=q/kT

23. Р-n перехід і фізичні процеси в ньому. Способи виготовлення р-n - переходів. Різкі та плавні переходи. Діаграма енергетичних зон переходу.

Мікросплавний спосіб зумовлює створення переходу навколо контакту металевої голки з плоским кінцем з поверхнею напівпровідника. У цьому випадку площа переходу в 2-3 рази більша, ніж площа точково-контактних переходів, але у сотні разів менша за площу сплавних переходів. Ємність мікросплавних переходів невелика, допустимий прямий струм через перехід у кілька разів перевищує струм точкових переходів (рис. в).

Дифузійний спосіб полягає у введенні в напівпровідник домішок завдяки їх дифузії з газового або рідинного середовища при температурах дещо нижчих температури плавлення матеріалів. Дифузія здійснюється вздовж усієї поверхні напівпровідникової пластини або на певних її ділянках через спеціальні маски.

Дифузійно-сплавний спосіб є комбінацією сплавного та дифузійного способів. Спочатку здійснюється вплавлення домішок, а потім їх дифузія, яка забезпечує створення потрібного градієнта концентрації носіїв заряду.

Епітаксіальний спосіб створення переходів полягає в нарощуванні монокристалічного шару напівпровідника з розплаву чи з газової фази на напівпровідникову пластину, яка має таку саму кристалічну будову, як і нарощуваний шар.

Розрізняють несиметричні  переходи - між напів­провідниками з концентраціями основних носіїв заряду (концентраціями домішок), що відрізняються між собою в 10³  - 10⁴ разів (n>>p або n<<p), і симетричні – між напівпровідниками з приблизно однаковими концент­раціями основних носіїв (n~p). Частіше на практиці застосовуються несиметричні – переходи.

Розрізняють також різкі та плавні – переходи. Різким називають перехід, уздовж якого концентрація носіїв змінюється на відстані, меншій за дифузійну довжину цих носіїв.

Дифузійна довжина пробігу носіїв визначається виразом

Плавним називають перехід уздовж якого концентрація носіїв (домішок) змінюється на відстанях що перевищує дифузійну довжину.

Надалі будемо розглядати різкі переходи.