Министерство цифрового развития, связи и массовых коммуникаций Российской Федерации Ордена Трудового Красного Знамени Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский технический университет связи и информатики»

Кафедра "Электроники"

Отчет по лабораторной работе №2 по дисциплине “Электроника” на тему: “ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТАЛЛО-ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПЕРЕХОДОВ”

Вариант №2

Оглавление

1. Постановка задачи 2

2. Результат выполненной работы 3

3. Вывод 8

1. Постановка задачи

Целью настоящей работы является исследование металло-полупроводниковых переходов при использовании различных сочетаний металла и полупроводника. Исходными данными являются следующие параметры: тип металла, тип полупроводника, концентрация примесей, площадь р-n перехода, толщина полупроводникового слоя.

2. Результат выполненной работы

На рисунке 1 изображена схема металло-полупроводникового перехода с исходными параметрами.

Рисунок 1 – металло-полупроводниковый переход при исходных данных

Чтобы уменьшить величину сопротивления омического контакта, уменьшим величину толщины п/п слоя до 18 мкм, увеличим площадь перехода до и концентрацию примеси до , так как в формуле для расчета сопротивления омического контакта толщина находится в прямой пропорциональности, а площадь перехода и концентрация примесей в обратной пропорциональности.

На рисунке 2 показана конструкция металло-полупроводникового перехода с уменьшенным сопротивлением омического контакта.

Рисунок 2 – металло-полупроводниковый переход с уменьшенным сопротивлением омического контакта.

Чтобы увеличить толщину перехода (и, соответственно, увеличить напряжение пробоя), необходимо уменьшить концентрацию примесей до , так как, согласно формуле толщины перехода L, она находится в обратной зависимости от концентрации примесей в полупроводниковой области. Таким образом, удалось увеличить толщину перехода с 4.7 мкм до 4.7 мкм. На рисунке 3 показана конструкция перехода металл-полупроводник с увеличенной толщиной.

Рисунок 3 – металло-полупроводниковый переход с увеличенной толщиной

Чтобы уменьшить барьерную емкость, уменьшаем площадь поперечного сечения нейтрального слоя до и концентрацию примесей в полупроводниковой области до . В результате барьерная емкость уменьшилась до Ф.

Рисунок 4 – металло-полупроводниковый переход с уменьшенной барьерной емкостью.

Таблица 1 – Результаты исследований

Характеристики и параметры	Исходный вариант	Вариант с уменьшенным сопротивлением (для омического контакта)	Вариант с увеличенной толщиной перехода и напряжением пробоя (контакт Шотки)	Вариант с уменьшенной барьерной ёмкостью (контакт Шотки)
Исходные данные
Металл	Al	Al	Al	Al
Полупроводник	Si	Si	Si	Si
L, мкм	20	18	20	20
Результаты при T = 300K
Тип контакта в m-n варианте	Омический	Омический	Омический	Омический
Тип контакта в m-p варианте	Шотки	Шотки	Шотки	Шотки
R, Ом	2.78	1.39	2.78	5.56
, В
, мкм		1.48	4.7	1.48
, А
, Ф

3. Вывод

В результате проделанной работы мы изучили металло-полупроводниковый переход при использовании различных сочетаний металла и полупроводника.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Власов В.П. Каравашкина В.Н., Практикум № 1 по курсу Физические Основы Электроники. Москва, 2015

1. Какой характер и почему имеют металло-полупроводниковые

переходы при qмqп?

Будет преобладать диффузия электронов из металла в полупроводник. При этом в m-n переходе в приграничной области полупроводника образуется избыток свободных электронов, т.е. обогащенный слой. В таком виде в контакте подвижные носители имеются во всех его частях, и поэтому он обладает очень маленьким электрическим сопротивлением. При этом же соотношении qмqп в m-p переходе также преобладает диффузия электронов из металла в полупроводник.

m-n переход омический, а m-p переход выпрямляющий (Шотки) .

2. Какой характер и почему имеют металло-полупроводниковые переходы при qм  qп ?

В m-n переходе образуется обедненный слой, а в m-p – обогащенный. Поэтому в этом случае m-n переход – выпрямляющий (Шотки), а m-p – омический.

3. Как на свойствах металло-полупроводниковых переходов отражается состояние поверхности полупроводника?

В реальном металло-полупроводниковом переходе обычно существует еще один слой зарядов – на поверхности полупроводника (поверхностный заряд). Он возникает из-за дефектов кристаллической решетки полупроводника в его поверхностном слое и из-за захвата поверхностью посторонних акцепторных и донорных примесей. Поверхностный заряд может сильно влиять на электрические характеристики перехода, вплоть до изменения самого характера контакта (омический или Шотки). Поэтому диоды Шотки получили распространение намного позже р-n диодов, когда была создана технология, обеспечивающая высококачественный контакт металла с предельно чистой и бездефектной поверхностью полупроводника. Только у таких переходов контактная разность потенциалов к0 близка к идеализированному значению.

4. От чего зависит сопротивление омического контакта?

Зависит от толщины и площади поперечного сечения и количества примесей.

5. Какой вид имеет ВАХ контакта Шотки? От чего зависит тепловой ток?

6. От чего зависит напряжение пробоя контакта Шотки? Как его можно

увеличить?

Напряжение пробоя зависит от толщины перехода и напряженности поля. Чем больше толщина, тем выше напряжение, необходимое для пробоя. E  U/L

7. От чего зависит барьерная ёмкость контакта Шотки? Какова её роль?

Как её можно уменьшить?

Барьерная емкость Cб, определяет частотные и импульсные свойства контакта Шотки. В отсутствие внешнего напряжения, как и для р-n перехода:

Эпсилон – диэлектрическая проницаемость. Уменьшить емкость можно уменьшив концентрацию примесей и площадь поперечного сечения.

8. В чём и почему диоды Шотки превосходят р-n диоды? В чём им

уступают?

Процессы в контакте Шотки и в р-n переходе обнаруживают значительное сходство (наличие собственного электрического поля и обедненного слоя, вид идеализированной ВАХ и другое). Имеются, однако, существенные отличия, определяющие важные преимущества диодов Шотки:

– в открытом контакте Шотки не происходит образования диффузионного заряда неосновных носителей, как в р-n переходе. Поэтому у диодов Шотки нет диффузионной емкости, их частотные и импульсные свойства потенциально много лучше;

– в диодах Шотки можно получить значительно меньшие напряжения открытого состояния по сравнению с кремниевыми р-п диодами. Поэтому тепловые потери в диодах Шотки значительно меньше.

Однако, для диодов Шотки нужна идеальная поверхность контакта металла и полупроводника, не захватывающая чужие примеси и не создающая поверхностный заряд.

МОСКВА 2022