Твердотельная электроника.-3

Cш уменьшается. Емкость Cш отражает наличие токов смещения на контакте М-П.

~

Полная величина переменного тока через диодI равна

д

сумме переменного тока, связанного с движением зарядов через

ОПЗ I и тока смещения I см . Таким образом, для протекания переменного тока через диод Шоттки существуют два параллельных канала: через Rш и Cш . Причем и сопротивление Rш и

емкость Cш зависят от величины и полярности подаваемого на диод напряжения. При обратном смещении диода Rш резко воз-

растает, и основная часть переменного тока протекает через Cш , а эквивалентную схему для переменного сигнала можно представить как последовательное соединение сопротивленияRб и

емкости Cш .

Модель диода Шоттки. Для автоматизированного моделирования и расчета электронных схем с использованием диода Шоттки используется модель диода в системе"Самрис". Любая модель предполагает совокупность схемы замещения прибора и набор математических выражений. Обычно в качестве схемы замещения используются физические эквивалентные схемы. Такие модели относятся к числу электрических функциональных моделей.

Iш = Cш dU + Uш + Iш' dt Rш

(3.21)

Iш' = Is æçexp dUm -1ö÷ è mkT ø

W Rб = rб S

U Б = Iш Rб

где m - коэффициент неидеальности диода Шоттки. Определяется экспериментально.

Таким образом, схема замещения (рис.3.10) и система уравнений (3.21) представляют собой модель диода Шоттки.

Cш

Uб Uш

U

Рис. 3.10. Схема замещения для модели диода Шоттки

3.7. Эффект Шоттки

Эффект Шоттки - это понижение высоты потенциального барьера Шоттки jб на контакте М-П, возникающее из-за нали-

чия сильного электрического поля и сил зеркального изображения.

Сущность эффекта проще всего рассмотреть на примере контакта металл-вакуум, а затем применить полученные выводы для контакта М-П, заменив в выражениях диэлектрическую проницаемость вакуума e = 1на диэлектрическую проницаемость полупроводника. Изначально на контакте металл-вакуум

220

существует прямоугольный потенциальный барьерjб . Из-за наличия электрического поля у поверхности металла прямоугольный барьер OAB превращается в треугольный OAC . Учет сил зеркального изображения (при выходе электрона из металла в вакуум в металле на таком же расстоянии от поверхности образуется его зеркальное изображение, т.е. положительный заряд), определяемый законом Кулона, преобразует прямоугольный барьер OAB к виду ODB (рис.3.11).

Совместное действие сил электрического поля и учет сил зеркального изображения приводит к тому, что прямоугольный барьер OAB превращается в колоколообразный OFC . В данном случае для выхода электрона из металла в вакуум необходимо преодолеть барьер не jб , а jб - Djб .

Оценим величину Djб .

+- e

Рис. 3.11. Контакт металла с вакуумом

jб - высота прямоугольного барьера; Djб - понижение высоты барьера j ;

jзи - потенциальный барьер с учетом сил зеркального изображения;

jЕ - потенциальный барьер с учетом сил электрического поля

221

Значение напряженности поля E не является постоянным и зависит от x . Однако, учитывая, что значение xm невелико,

можно взять значение E постоянным, равным максимальной напряженности на контакте М-П, т.е. при x = 0

уменьшается и рост тока с напряжением происходит медленнее, чем дает теория. Это отклонение от теории можно учесть, записав ВАХ в следующем виде

222

(3.29)

где n - коэффициент неидеальности диода Шоттки. Его опреде-

lnj

lnjs

уменьшение барьера Djб существенно, это приводит к росту

тока в обратном направлении. Таким образом, эффект Шоттки проявляется и при прямом, и при обратном напряжениях в изменении тока по сравнению с идеальной ВАХ (рис.3.13).

223

j

2

1

Рисунок 3.13. ВАХ идеального диода (1), и с учетом эффекта Шоттки (2)

3.8. Достоинства и недостатки диодов Шоттки

Диоды Шоттки используются для изготовления дискретных приборов СВЧ-диапазона, как импульсные диоды, а также в интегральных схемах. Мощные (силовые) диоды изготавливаются обычно на основе n - кремния и имеют рабочие токи до сотен ампер и очень высокое быстродействие по сравнению с диодами на основе p - n переходов.

Главное достоинство диодов Шотткивысокое быстродействие, что связано с отсутствием эффекта накопления неосновных носителей в базе диода и не требуется времени для их рассасывания, что определяет длительность переходных процессов, а также более низкие рабочие напряжения при прямом смещении, особенно для больших токов.

К недостаткам диодов Шоттки следует отнести низкие -об ратно допустимые напряжения и большие, чем в диодах на основе p - n переходов, обратные токи. Низкие пробивные на-

пряжения связаны с эффектом усиления напряженности электрического поля на краях контакта М-П (рис.3.14). Этот эффект устраняется, если в слое SiO2 окно имеет пологие края(как показано на рис.3.7 а) или применением охранного p - n перехода

(рис.3.15). Более высокие обратные токи обусловлены малой высотой реальных барьеров Шоттки, а также наличием туннелирования сквозь барьер при больших обратных напряжениях.

Рис. 3.14. Структура диода Шоттки (а) и распределение напряженности электрического поля на контакте (б)

SiO2

n

n+

Рисунок 3.15. Конструкция диода Шоттки с охранным p-n переходом

3.9. Омические контакты и их параметры

Основное назначение омических переходов - электрическое соединение полупроводника с токопроводящими частями полупроводникового прибора. Омические переходы играют важную роль в работе полупроводниковых, особенно интегральных, приборов, поскольку их число больше, чем выпрямляющих. Теория омических переходов разработана недостаточно хорошо, и поэтому их формирование базируется на экспериментальных данных.

Основные требования, предъявляемые к омическим переходам, следующие:

1) отсутствие инжекции из контакта в полупроводник;

225

2)минимальное падение напряжения на переходе;

3)линейность и симметричность ВАХ;

4)высокая скорость рекомбинации.

Количественно омические переходы характеризуются следующими параметрами.

1. Скорость рекомбинации. Определяется как отношение потока носителей через переход jn к избыточной концентрации носителей у перехода nгр - n0 ( nгр - концентрация носителей у

2. Сопротивление омического перехода. Оценивается как отношение падения напряжения на переходеDU к току через переход I .

R = DU . I

Падение напряжения DU определяется как разница между падением потенциала в полупроводнике, измеренное методом зонда и падением напряжения между полупроводником и контактом. Чем меньше сопротивление R , тем лучше переход.

3. Коэффициент выпрямления KB . Определяется как от-

ношение прямого тока через переходI + к обратному I - при равных значениях прикладываемого напряжения.

I +

KB = I - U = const .

Идеальный омический переход соответствует KB = 1 .

4. Коэффициент нелинейности KH . Оценивается как от-

ношение статического сопротивления Rст к дифференциально-

му сопротивлению Rд при заданном токе I .

KH = Rст I = const Rд