7.8 Перехід метал – напівпровідник

У сучасних напівпровідникових приладах, крім контактів з ЕДП та гетеропереходами, використовують також контакти між металом і напівпровідником. Процеси в таких переходах залежать від співвідношення робіт виходу електронів з металу і напівпровідника. Відомо, що робота виходу визначається енергією, яку повинен витратити електрон, щоб вийти з металу або напівпровідника. Чим меншою є робота виходу, тим більше електронів може вийти з даного тіла.

Якщо контакт металу з напівпровідником ідеальний, відбувається дифузія електронів із матеріалу з меншою роботою виходу в матеріал з біль­шою роботою виходу.

Якщо в контакті металу з напівпровідником n-типу (рис. 7.9, а) робота виходу електронів з металу А_м менша, ніж робота виходу з напівпровідника А_n то переважатиме вихід електронів з металу в напівпровідник. Тому в шарі напівпровідника поблизу межі накопичуються основні носії (електрони), і цей шар стає збагаченим, тобто в ньому збільшується концентрація електронів. Опір цього шару буде незначний за будь-якої полярності прикладеної напруги. Отже, такий перехід не має випрямних властивостей. Електричний перехід, опір якого не залежить від напряму струму в заданому діапазоні значень струмів, називають омічним переходом.

Такий же невипрямний перехід створюється в контакті металу з напівпровідником р-типу (рис. 7.9, б), якщо робота виходу електронів з напівпровідника менша, ніж з металу (А_p, < А_м), тобто у метал переходить більше електронів, ніж у зворотному напрямі. У приконтактному шарі напівпровідника також утворюється зона, збагачена основними носіями (дірками), і тому вона має малий опір.

Обидва типи невипрямних контактів широко використовують у напівпровідникових приладах для забезпечення електричних з'єднань напів­ровідника n і р-типу з металевими струмопровідними частинами напівпровідникового приладу.

Опір омічних контактів має бути малим. Омічний перехід не повинен інжектувати неосновні носії заряду і мати стабільні електричні та механічні властивості. Для цього підбирають відповідні метали.

Протилежні властивості має перехід, показаний на рис. 7.9, в. Якщо в контакті металу з напівпровідником n-типу А_n<А_м, то електрони переходять переважно з напівпровідника в метал, а в межовому шарі напівпровідника утворюється ділянка, збіднена основними носіями, тобто запірний шар. На переході формується порівняно високий потенціальний

Рис. 7.9 - Контакт металу з напівпровідниками:

а - метал - напівпровідник n-типу за умови, що А_м < А_п;

б - метал - напівпровідник р-типу за умови, що А_р<А_м

в - метал - напівпровідник n-типу за умови, що А_n < А_м

бар'єр (бар'єр Шотткі), висота якого суттєво змінюватиметься залежно від полярності ввімкненої напруги. Такий перехід має випрямні властивості і використовується в діодах Шотткі. Важливо, що в цих контактах у металі, куди надходять електрони з напівпровідника, процеси накопичення та розосередження неосновних носіїв не відбуваються, що характерно для ЕДП.Подібні випрямні властивості має контакт металу з напівпровідником р-типу за умови, що А_n<А_р.