4.9. Емкость запорного контакта металл – полупроводник
Область ОПЗ контакта представляет собой двойной заряженный слой с одинаковым положительным и отрицательным зарядами, аналогично обкладкам конденсатора (рисунок 4.24). Величина заряда зависит от толщины ОПЗ, которая, в свою очередь, зависит от величины приложенного смещения. Следовательно, запорный контакт обладает емкостными свойствами.
– заряд в ОПЗ.
(4.35)
Отсюда следует:
.
(4.36)
Нетрудно показать, что (4.36) следует из формулы плоского конденсатора, в котором роль диэлектрика играет слой ОПЗ.
.
(4.37)
Рисунок 4.24 - К определению емкости запорного контакта
Зарядная емкость контакта – это физическая емкость, способная накапливать электрическую энергию. При приложении переменного напряжения через неё течёт ток смещения.
В случае гармонического сигнала
,
,
переменный емкостной ток опережает по фазе приложенное смещение.
;
.
(4.38)
В отличие от обычного конденсатора емкость контакта зависит от напряжения (рисунок 4.25): уменьшается при увеличении обратного смещения. Такое поведение вольтфарадной характеристики определяется изменением толщины ОПЗ с приложенным смещением (4.37). При прямом смещении U = U0 – формула (4.36) дает бесконечное значение для емкости, что не имеет физического смысла. В реальности полное спрямление барьера недостижимо. При больших плотностях тока устанавливается барьер равный U0 – U = T , с толщиной lD – длиной Дебая (рисунок 4.12). Поэтому ёмкость ограничивается емкостью Дебая.
.
(4.39)
U0
Рисунок 4.25 - Вольтфарадная характеристика Рисунок 4.26 - К определению контактного
запорного контакта потенциала и уровня легирования полупроводника
Вольтфарадная характеристика (ВФХ) позволяет определить величину контактного потенциала U0, а также уровень легирования (концентрацию легирующей примеси) поверхностного слоя полупроводника. Эта возможность широко используется в технологии полупроводниковых приборов и интегральных схем для контроля концентрационного профиля. Для определения контактного потенциала строится зависимость С–2(U) (рисунок 4.26),
.
Экстраполяция линейной зависимости С–2(U) к С–2 = 0, дает величину контактного потенциала (U0 – T).
Наклон характеристики С–2(U) на линейном участке позволяет оценить концентрацию примеси в полупроводнике.
;
.
(4.41)
Емкостные свойства барьера Шоттки используются в полупроводниковом приборе – варикапе, управляемой емкости, для целей параметрического усиления и умножения частоты СВЧ сигналов, а также электронной перестройки резонансных цепей.