металлической пленки. Обнаружены заметные различия между сколотыми и химически обработанными поверхностями. Экспериментальные данные для п-кремния приведены в таблице 4.4.

Сколотые поверхности дают контакт, у которого высота барьера почти не зависит от работы выхода металла. Это объясняется большой плотностью поверхностных состояний (незаполненные связи поверхностных атомов кристалла). Для химической обработки, нарушающей структуру кристалла, зависимость от работы выхода наблюдается.

4.2. Вольтамперная характеристика контакта

металл - полупроводник

Наиболее наглядна термоэлектронная теория проводимости контакта металл-полупроводник. При узкой обедненной области Б можно пренебречь столкновениями электронов при их прохождении запорного слоя. Происходит преодоление барьера электронами, имеющими достаточно большую составляющую скорости по направлению к барьеру.

Диаграммы контакта для различных внешних напряжений на диоде изображены на рис. 4.4. Внешнее напряжение изменяет высоту барьера только со стороны полупроводника.

Можно воспользоваться результатами, полученными для вычисления плотности тока электронной эмиссии металл-вакуум

Это уравнение Ричардсона для эмиссии в вакуум, где работа выхода заменена барьером εБп. Коэффициент

4 em * k 2

A* (4.6) h3

зависит от величины эффективной массы электронов m*(k – постоянная Больцмана, h – постоянная Планка). Для свободных электронов А*= А = 120 а/см2 ·k2 – постоянная Ричардсона.

Рис. 4.4. Энергетические диаграммы диода металл-полупроводник при различных внешних напряжениях

Поскольку величина барьера для электронов, текущих из металла в полупроводник остается неизменной, то плотность тока не зависит от прикладываемого напряжения

есть плотность обратного тока контакта металл-полупроводник.

Решение (4.9) совместно с (4.10) хорошо аппроксимирует вольтамперные характеристики диодов, получаемых контактом металла с Je, Si, JaAs при нормальных концентрациях примесей (1014 – 1017 см–3).

Таким образом, вольтамперная характеристика диода металлполупроводник (диода Шоттки) описывается такой же экспоненциальной зависимостью, как и характеристика р-п диода [см. (2.11)].

Имеются физические явления, приводящие к некоторой зависимости обратного тока диода от приложенного напряжения.

Так же, как и в вакуумных диодах барьер металл-полупроводник понижается с увеличением приложенного напряжения (эффект Шоттки). Напряженность поля в переходе можно найти из (4.3), написанного для

Напряженность поля

При площади контакта Sd = 10-5 см2 обратный ток I0 = 200пка= = 0,2 на; коэффициент η =1,01 при изменении тока от I0 до 1 мА. Оценка величины потенциального барьера по характеристике дает εs ≈ 0,7 эВ.

Пробой диода Шоттки лавинного происхождения и составляет около 60% от напряжения пробоя плоского р-п диода на том же материале.

Имеются более совершенные конструкции. Основной составляющей обратного тока является ток утечки на краях металлического контакта. Для устранения этого эффекта делаются диоды с охранным кольцом: формируется методом диффузии под кромкой контакта кольцо р-типа в п- материале (рис. 4.5б). Пробивное напряжение охранного р-п перехода делается больше, чем напряжение пробоя основного диода. Прямые и обратные характеристики такого диода получаются близкими к идеальный.

Охранное кольцо может вызывать понижение высокочастотности диода Шоттки, если р-областъ сильно легирована. При сильном легировании контакт с р+ – кольцом получается омическим практически с любым металлом. Поэтому основной диод шунтируется р+-п диодом (рис. 4.6а), в котором проявляются эффекты накопления заряда неосновных носителей, что снижает высокочастотность диода.

Рис. 4.6. Эквивалентные схемы конструкции с охранным кольцом при сильном (а) и умеренном (б) легировании кольца

Можно резко уменьшить эффект накопления, если концентрацию акцепторов в охранном кольце сделать не очень высокой. При этом исключается туннелирование в контакте металл-Si(p) и этот контакт представляет диод Шоттки, включенный обратно основному диоду металл- Si(n) (рис. 4.6б). Через диод р-п течет очень малый обратный ток диода М- Si(p) и накопление заряда исключается. Таким способом можно получить диоды практически с идеальными характеристиками.

Основное достоинство диодов и других приборов на основе контакта металл-полупроводник заключается в том, что ток обусловлен движением основных носителей и не связан с явлениями накопления заряда. Ограничение скорости переключения диодов из запертого состояния в проводящее определяется постоянной времени, образованной сопротивлением тела кристалла полупроводника Rd и барьерной и конструкционной емкостью Cd диода (рис. 4.7).