- •Курс Твердотельной электроники
- •1. Физические основы твердотельной электроники
- •1.1. Диффузионный и дрейфовый ток в полупроводниках
- •1.2. Зависимость подвижности от концентрации примесей,
- •1.3. Фундаментальная система уравнений
- •1.4. Обеднение, обогащение и инверсия
- •1.5. Потенциальный барьер
- •1.6. Область пространственного заряда p-n перехода
- •1.7. Зависимость концентраций неосновных неравновесных носителей зарядов на границах от напряжения на переходе
- •1.8. Рекомбинация неравновесных носителей заряда
- •1.9. Условия на контактах и поверхностная рекомбинация
- •1.10. Распределение неосновных носителей заряда вблизи p-n-перехода
- •2. Элементы и процессы твердотельной электроники
- •2.1. Распределение носителей и коэффициент передачи тока в транзисторной структуре
- •2.2. Физическая структура биполярного транзистора
- •2.3. Биполярные транзисторы интегральных схем
- •2.4. Кремниевые транзисторы свч диапазона
- •2.5. Энергетическая диаграмма контакта металл-полупроводник
- •2.6. Токи в контакте металл-полупроводник
- •2.7. Гетеропереходы
- •2.8. Туннелирование в p-n-переходе
- •2.9. Лавинное умножение
- •2.10. Структура металл-диэлектрик-полупроводник
- •2.11. Пороговое напряжение мдп транзистора
- •2.12. Вольт-амперная характеристика мдп транзистора
- •2.13. Конструктивные разновидности мдп транзисторов
- •2.13.1. Мощные моп транзисторы
- •2.13.2. Элементы сбис
- •2.14. Элементы зу на мдп транзисторах
- •2.14.1. Мноп транзистор
- •2.14.2. Транзисторы с плавающим затвором
- •2.15. Приборы с зарядовой связью
- •2.15.1. Передача заряда между затворами
- •2.15.2. Накопление заряда в моп структурах
- •2.15.3. Связь между зарядом и поверхностным потенциалом
- •2.15.4. Перенос заряда под затвором
- •3. Основные технологические процессы микроэлектроники
- •3.1. Диффузия
- •3.2. Окисление
- •3.3. Ионное легирование
- •3.3.1. Распределение Гаусса
- •3.3.2. Другие распределения
- •3.3.3. Боковое уширение распределения ионов
- •3.4. Эпитаксия
- •4. Курсовое проектирование
- •4.2. Резкий p-n-переход
- •4.3. Диффузионные переходы
- •4.4. Токи диффузионных переходов
- •4.5. Биполярный транзистор интегральных схем
- •4.6. Малосигнальные параметры биполярных транзисторов
- •4.7. Полевой транзистор с управляющим p-n-переходом
- •4.8. Полевой транзистор с изолированным затвором
2.5. Энергетическая диаграмма контакта металл-полупроводник
Рассмотрим идеальный выпрямляющий контакт металл-полупроводник, не имеющий диэлектрической прослойки из SiO2и сопровождающих такую прослойку поверхностных состояний. При внешнем напряжении, равном нулю, и термодинамическом равновесии уровни Ферми в металле и полупроводнике устанавливаются одинаковыми. Уровень вакуума меняется непрерывно, поэтому в точке соединения металла и полупроводника образуется барьер со стороны металла высотой, рис.17
, где и– химическое сродство металла и полупроводника соответственно, является и термодинамической работой выхода из металла,– работа выхода со дна зоны проводимости полупроводника. Естественно, для выпрямляющего контакта необходимо, чтобы, т. е..
В глубине полупроводника дно зоны проводимости опускается относительно его положения на контакте с металлом на величину , где – контактная разность потенциалов, (2.1)
Рис.17.
Энергетическая
диаграмма контакта металл-полупроводник
, – эффективная плотность квантовых состояний у дна зоны проводимости. Таким образом, барьер для электронов со стороны полупроводника будет иметь величину, а со стороны металла -. Очевидно, что, если высота барьера со стороны металла уменьшится до, то исчезнет барьер для электронов со стороны полупроводника и область обеднения в полупроводнике.
Под действием внешнего напряжения уменьшается только высота барьера со стороны полупроводника до величины , где– положительное, т. е. приложенное плюсом к металлу внешнее напряжение. Высота барьера со стороны металла остается постоянной и равной,потому что электрическое поле не проникает в металл, оно всегда сосредоточено в ОПЗ полупроводника.
2.6. Токи в контакте металл-полупроводник
Электронный ток в контакте создается разностью встречных потоков из полупроводника и металла. В случае выпрямляющего контакта на материале, т. е.поток из металла превышает поток из полупроводника только при обратном, отрицательном напряжении на металле. При положительном напряжении на металле поток из полупроводника экспоненциально растет с напряжением из-за уменьшения высоты барьера со стороны полупроводника. Барьер со стороны металла остается постоянным, не зависящим от внешнего напряжения, поскольку поле не проникает в металл.
Дырочный ток определяется диффузией дырок в глубине n-материала и генерационно-рекомбинационными процессами в области обеднения. На границе с металлом концентрация дырок и дырочный ток связаны соотношением, следующим из (1.16):
Рис.18.
Распределение дырок при обратном
напряжении на контакте металл-полупроводник Концентрация
дырок равна равновесной
в глубине n-материала, уменьшается на
границе ОПЗ из-за экстракции дырок
контактным полем и возрастает дона границе с металлом.