Методика проведення досліджень

Залежність повного струму через затемнений бар’єр Шотткі від прикладеної напруги описується формулою

, (14)

де U – прикладена напруга, І_S – струм насичення.

Схема вимірювання вольт-амперних характеристик на постійному струмі наведена на рис. 7. При виборі приладів для цієї схеми необхідно взяти вольтметр з якомога більшим внутрішнім опором, а амперметр – з найменшим. При вимірюваннях обов’язково необхідно враховувати падіння напруги на амперметрі і струм через вольтметр. За виглядом вольт-амперних характеристик можна встановити, чи існує ефект випрямлення, чи його немає. Якщо попередніми дослідами встановлено, що на межі з напівпровідником струмові металеві електроди не випрямляють, але вольт-амперна характеристика є нелінійною, можна стверджувати, що в напівпровіднику існує вбудоване електричне поле.

Бар’єр Шотткі характеризується граничною величиною зворотного зміщення, яке називається напругою пробою. Незначне підвищення цієї напруги викликає різке зростання зворотного струму, і якщо його не обмежити, то перехід руйнується.

Для вимірювання струму і напруги в прямому і зворотному напрямках використовувався цифровий вольтметр універсаль­ний В7-21 та міліамперметр М82, а як джерело зовнішньої напруги – ВИП-009 (рис. 7).

a) б)

Рис. 7. Електричні схеми для проведення вимірювань прямої (а) та зворотної (б) гілок ВАХ

Завдання до лабораторної роботи

Розрахувати висоту потенціального бар’єра в області випрямляючого контакту метал – напівпровідник з урахуванням термодинамічних робіт виходу електрона з металу та напівпровідника; ознайомитися з методикою вимірювання ВАХ бар’єрних структур і визначення величини контактної різниці потенціалів з експериментально отриманої залежності.

Порядок виконання лабораторної роботи

1. Ознайомитися із вимірювальною схемою установки і перевірити її готовність до роботи.

2. Провести вимірювання прямої і зворотної гілок вольт-амперної характеристики досліджуваної структури. Дані вимірювань оформити у вигляді таблиці.

3. Побудувати графік залежності темнової ВАХ досліджуваної структури і визначити з нього величину контактної різниці потенціалів φ_к.

4. З урахуванням енергетичних параметрів матеріалів, з яких складається досліджувана структура, а саме: спорідненість до електрона CdTe χ = 4,28 еВ, положення рівня Фермі у забороненій зоні напівпровідника, а також термодинамічна робота виходу електронів з металу W_Cr = 4,58 еВ, розрахувати величину φ_к. Зауважимо, що розміщення рівня Фермі у забороненій зоні напівпровідників n-типу провідності можна визначити на основі співвідношення для концентрації рівноважних носіїв заряду у невироджених напівпровідниках:

, (15)

де N_c – ефективна густина енергетичних станів у зоні провідності ; – ефективна маса електронів. З урахуванням значень усіх постійних і величини  = 0,11m₀ температурна залежність N_c для CdTe визнається за співвідношенням

см ^-3. (16)

При цьому експериментально встановлене значення величини n = 1,1∙10 ¹⁷ см ^-3.

Значення термодинамічної роботи виходу електронів із напівпровідника W_CdTe необхідно визначати на основі співвідношення W_CdTe = χ_СdTe + Е_ф. Тоді висота потенціального бар’єра eφ_к може бути визначена так: eφ_к = W_Cr – W_CdTe.

5. Порівняти експериментально визначене та розраховане значення величини φ_к.