7. Построить энергетическую диаграмму заданной пары металл-полупроводник в выбранном масштабе для случаев: без смещения, при прямом и обратном смещениях.

При построении энергетической диаграммы металл-вакуум-полупроводник, будем откладывать заданные значения:

- Работа выхода из металла Cr: 4.6 эВ

- Работа выхода из собственного полупроводника InSb: 4.685 эВ

- Ширина запрещённой зоны для собственного полупроводника 0.17 эВ

- Энергия активации диффузанта (Se) – 0.012 эВ

Исходя из построенных диаграмм, можно утверждать, что работа выхода из примесного полупроводника равна: Фп = 4.606 эВ

А контактная разность потенциалов тогда равна:

Специфика выбранных материалов такова, что на энергетических диаграммах встречаются как относительно большие (4,5-5 эВ), так и маленькие энергетические интервалы (0.012 эВ), в связи с чем было принято решение изображать их условно без строгого соблюдения масштаба.

Рис. 35 - Зонная диаграмма до непосредственного контакта (с вакуумным зазором)

Рис. 36 - Зонная диаграмма после непосредственного контакта (без вакуумного зазора)

Поскольку работа выхода хрома близка к работе выхода n-InSb(Si), после непосредственного контакта происходит лишь незначительное перераспределение носителей заряда. Поэтому изгиб энергетических зон и контактная разность потенциалов оказываются малыми, а диаграммы с вакуумным зазором и без зазора отличаются незначительно.

, , , ,

(1)

Рис. 37 - Зонная диаграмма при прямом смещении (режим плоских зон)

При прямом смещении к металлу Cr прикладывается положительный потенциал относительно n-InSb(Si), вследствие чего внутреннее электрическое поле контактной области частично компенсируется внешним полем. Это приводит к уменьшению высоты потенциального барьера и ослаблению изгиба энергетических зон вблизи контакта. Для контакта Cr–n-InSb(Si) этот эффект выражен особенно сильно, поскольку контакт изначально близок к омическому и высота барьера мала.

Рис. 38- Зонная диаграмма при обратном смещении

При обратном смещении полярность внешнего напряжения противоположна: внутреннее поле усиливается, а изгиб зон увеличивается. Высота потенциального барьера возрастает, поэтому переход электронов через контакт затрудняется и ток становится очень малым. Но в системе Cr–n-InSb(Si) из-за малой контактной разности потенциалов даже при обратном смещении барьер остаётся сравнительно небольшим. Поэтому контакт сохраняет свойства, близкие к омическим, и изменение ВАХ оказывается менее резким, чем у классического барьера Шоттки.

7.1. Рассчитать и построить вольт-амперную характеристику контакта в данном диапазоне температур. (Приложение mcad №6).

Вольтамперную характеристику контакта металл–полупроводник можно представить в виде:

где j_S – плотность тока насыщения, е – заряд электрона, m_e – масса электрона.

Рис. 39 - Вольт-амперная характеристика контакта для прямого и обратного смещения при T = 300К

Рис. 40 - Вольт-амперная характеристика контакта для прямого и обратного смещения при T = 150К

Выводы:

На графиках видно, что обратный ток существенно меньше прямого, поэтому контакт обладает выпрямляющими свойствами.

Сравнение графиков при и показывает сильную температурную зависимость тока насыщения:

При понижении температуры экспоненциальный множитель уменьшается, поэтому как прямой, так и обратный ток становятся меньше. Кроме того, при низкой температуре ВАХ становится более «крутой»: для получения того же тока требуется большее напряжение. Это связано с уменьшением тепловой энергии носителей заряда и снижением вероятности преодоления потенциального барьера.