1.10. Контакт металл-полупроводник
Этот контакт известен давно. Первые полупроводниковые диоды и триоды представляли собой контакт металлической иглы и кристалла. Однако эти приборы были не надежными, а характеристики их имели большой разброс, так как все определялось контактом, а он, окисляясь, изменял свои характеристики, был не одинаков в однотипных приборах. В настоящее время контакт металл-полупроводник получается путем вакуумного напыления и имеет очень хорошие свойства и по надежности и по характеристикам.
Рассмотрим зонную диаграмму контакта металл-полупроводник р-типа (рис. 1.28) до и после получения контакта.
м – потенциал или работа выхода электрона с поверхности металла; s – потенциал или работа выхода электрона с поверхности полупроводника. Если м > s, тогда электроны из металла перейдут в полупроводник, рекомбинируются с дыркой и вблизи контакта образуется слой бедным основными носителями, а образовавшийся объемный заряд акцепторной примеси установит динамическое равновесие, аналогичное тому, как это происходит на n-p-переходе.
Разница потенциалов выхода называется контактной разностью потенциалов
,
где
–
величина равновесного поверхностного
потенциала.
Обедненный
слой в р-области (рис. 1.29) обладает
бóльшим сопротивлением, поэтому будет
определять сопротивление всей цепи
металл–полупроводник, точно также, как
в n-р-переходе.
Потенциальный барьер получил название
барьера Шоттки, а его величина
является аналогом
в n-p-переходе.
В зависимости от полярности приложенного
напряжения, потенциал
будет изменяться. Если приложить к
металлу (+), а к полупроводнику (–), то
,
т.е. барьер Шоттки будет увеличиваться,
что приведет к еще большому обеднению
приконтактного слоя, и, следовательно,
такой переход будет иметь высокое
сопротивление. Напряжение такой
полярности называется обратным
напряжением. Если изменить полярность
приложенного напряжения, то потенциальный
барьер понижается, обедненный слой
обогащается основными носителями (
),
что способствует уменьшению удельного
сопротивления обедненной области. Такое
напряжение называется прямым напряжением.
Следовательно, контакт металл–полупроводник,
как и n-р-переход,
обладает односторонней проводимостью,
что позволяет использовать его как
выпрямляющий контакт. Аналогичный
контакт можно получить, используя
n-полупроводник, только
необходимо подобрать пару так, чтобы
работа выхода металла
была больше, чем работа выхода
полупроводника
(рис. 1.30).
Т
ак
как м > s,
то электроны из полупроводника перейдут
в металл и вблизи контакта в полупроводнике
образуется слой с повышенным сопротивлением,
а образовавшийся объемный заряд донорной
примеси установит динамическое
равновесие. Обедненный слой в n-области
(рис. 1.31) обладает большим удельным
сопротивлением, поэтому определяется
электропроводность всей цепи
металл-полупроводник. Если к металлу
подсоединить (–), а к полупроводнику
(+) внешнего напряжения, то
,
т.е. барьер Шоттки возрастает, и,
следовательно, обедненный слой сохраняет
высокое удельное сопротивление. Если
изменить полярность, то
.
При этом обедненный слой пополняется
электронами и удельное сопротивление
его уменьшается. Следовательно, такой
контакт также можно использовать, как
выпрямляющий.