19. Контакт «металл - полупроводник».

В каждом полупроводниковом устройстве имеются контакты «металл - полупроводник», поскольку они возникают в местах присоединения внешних выводов. Такие контакты должны обладать следующими свойствами: малым сопротивлением, линейной вольт-амперной характеристикой (отсутствием выпрямляющего эффекта), стабильностью электрических и механических свойств в условиях эксплуатации. Контакты, имеющие указанные свойства, называются омическими.

Основным фактором, определяющим характер контакта между металлом и полупроводником, является соотношение работ выхода электрона из металла Ам и из полупроводника Ап, поскольку электроны переходят в большей степени в то из контактирующих веществ, у которого работа выхода меньше. Работа выхода электрона – это энергия, необходимая для переноса электрона с уровня Ферми на энергетический уровень свободного электрона.

Сначала рассмотрим контакт металла с полупроводником п-типа в случае, когда работа выхода электрона из металла Ам меньше работы выхода электрона из полупроводника Ап. При образовании контакта начнется взаимная диффузия электронов через границу раздела, причем ввиду меньшей величины Аа будет преобладать выход электронов из металла в полупроводник. Возникнет контактная разность потенциалов, препятствующая дальнейшей диффузии. Ее величина k определяется по формуле

Не обладает выпрямляющим свойством и контакт металла с полупроводником р-типа, если работа выхода электрона из металла Ам больше работы выхода электрона из полупроводника Ап. В этом случае электроны будут преимущественно переходить из полупроводника, где они являются неосновными носителями заряда в металл, что приводит к увеличению концентрации основных носителей заряда (дырок) в приграничном слое. Таким образом, в полупроводнике вблизи контакта образуется область, имеющая небольшое сопротивление при любой полярности приложенного внешнего напряжения.

Теперь рассмотрим контакт металла с полупроводником п-типа в случае, когда работа выхода электрона из металла Ам больше работы выхода электрона из полупроводника Ап. В этом случае переход электронов преимущественно происходит из полупроводника в металл (рис. 3.7а), что обедняет приграничный слой полупроводника свободными носителями заряда и обуславливает его большое сопротивление.

Выпрямляющим свойством обладает и контакт металла с полупроводником р- типа при условии, что работа выхода электрона из металла Ам меньше работы выхода электрона из полупроводника Ап (Ап > Ам) (рис. 3.7б). В этом случае электроны переходят из металла в полупроводник и рекомбинируют с дырками, что уменьшает концентрацию основных носителей заряда в контактном слое полупроводника.

Рис. 3.7 Диффузия электронов в контактах «металл-полупроводник», обладающих выпрямляющим свойством. М – металл, n – полупроводник n-типа, р - полупроводник р-типа

Потенциальный барьер, возникающий в месте контакта металла с полупроводником, назван барьером Шоттки в честь немецкого ученого В. Шоттки, который впервые теоретически описал указанные контактные явления. Поскольку высоты потенциальных барьеров для электронов и дырок различны, прохождение тока через такие контакты обусловлено только основными носителями заряда. Это свойство обеспечивает малоинерционность указанных переходов, что позволило создать на их основе диоды, получившие название диоды Шоттки или диоды с барьером Шоттки, отличающиеся высоким быстродействием и малым временем переключения, что важно для создания многих полупроводниковых приборов. Кроме того, из-за меньшего падения напряжения на переходах Шоттки по сравнению с р-п-переходами эти диоды используются в силовой электронике.