Формула
Контактная разность
потенциалов
связана с разностью работ выхода
контактирующих материалов
и
:
— электрические потенциалы в объёме
материалов
и
.
— работы выхода из материалов
и
.— элементарный заряд.
Свойства:
Температура: В отличие от термо-ЭДС, слабо зависит от температуры.
Контакт металл-металл: Если в цепь последовательно соединены три и более различных металла, а их контакты имеют одинаковую температуру, суммарная контактная разность потенциалов во всей цепи равна нулю (закон Вольта).
Контакт металл-полупроводник или - -переход: Здесь контактные явления приводят к формированию запирающего слоя (обеднённого носителями) и являются основой для работы диодов, транзисторов и фотоэлементов.
3. Разность потенциалов в Цепи
Если два разных металла
соединены вместе, на контакте возникает
.
Если свободные концы этих металлов
соединены с вольтметром, работающим на
третьем металле (например, медью), то
полная ЭДС цепи, при условии одинаковой
температуры контактов (
),
будет равна:
Поэтому для обнаружения контактной разности потенциалов необходима разница температур между контактами (термоэлектрический эффект).
54. Контакт Металл-Полупроводник. Запирающий Слой. Вентильная Проводимость ⚙️
Контакт между металлом и полупроводником (M-П контакт) обладает уникальными электрическими свойствами, которые зависят от направления приложенного напряжения, что называется вентильной проводимостью. Эти свойства обусловлены формированием запирающего слоя на границе раздела.
1. Образование Контакта и Запирающий Слой
Подобно контакту двух металлов, формирование M-П контакта определяется разностью работ выхода ( ) между металлом и полупроводником (П).
Пусть рассмотрим случай
контакта металла с полупроводником
-типа,
где
.
Начальный переход: При соединении электроны из полупроводника -типа (где они имеют более высокий уровень Ферми,
)
диффундируют в металл (где
больше, а
ниже), пока уровни Ферми не сравняются.Заряд области:
Полупроводник: Участок полупроводника, прилегающий к границе, теряет свободные электроны. Остаются только неподвижные положительные ионы донорной примеси. Эта область называется обедненным слоем или запирающим слоем.
Металл: На границе металл приобретает избыточный отрицательный заряд.
Контактное поле: Возникающее электрическое поле направлено от полупроводника к металлу. Это поле препятствует дальнейшему уходу электронов из полупроводника.
Свойства запирающего слоя:
Толщина: Невелика (порядка
м).Сопротивление: Очень велико, так как область обеднена свободными носителями заряда.
2. Вентильная Проводимость
Вентильная проводимость (или выпрямляющий эффект) — это способность контакта металл-полупроводник или - -перехода пропускать ток значительно лучше в одном направлении, чем в противоположном. Контакт выступает в роли одностороннего вентиля (диода).
А. Прямое Смещение (Прямая Ветвь)
Направление: К металлу подключается отрицательный полюс источника, к полупроводнику -типа — положительный полюс.
Действие: Внешнее поле
направлено навстречу внутреннему
контактному полю
.Результат: Внешнее напряжение уменьшает потенциальный барьер и сужает запирающий слой.
Ток: Основные носители (электроны) легко переходят из полупроводника в металл. Сопротивление мало, ток велик (легкое прохождение).