2.5. Зміна зонної схеми контакту напівпровідник-метал при накладенні постійного зовнішнього поля

При відсутності зовнішнього поля (в рівноважних умовах) вигин зон рівний , а при накладанні зовнішнього поля вигин зон змінююється на величину , на яку зміщуються і рівні Фермі. При

вигин зон зменшується, при - збільшується, а в цілому вигин зон рівний .

Рис. 2.5. Зонна схема контакту метал- напівпровідник в стані термодинамічної рівноваги.

При під`єднанні зовнішнього джерела плюсом до металу, а мінусом до напівпровідника спостерігається зсув рівнів Фермі Еф_н/п і рівнів E_co, E_io, E_vo вверх, а рівня Eф_м - вниз, так що Еф_н/п- Eф_м=eV.

Таке включення зовнішнього електричного поля приводить до віднімання зовнішнього поля від контактного і до зменшення викривлення зон у збідненому шарі, що відповідає прямому включенню зовнішньої напруги.

Рис. 2.6. Зонна схема контакту метал- напівпровідник при прямому під`єднанні зовнішньої напруги.

Напруженість поля в будь-якому перерізі збідненого шару при прямому включенні менше, ніж в рівноважних умовах для того ж перерізу.

Рис. 2.7. Зонна схема контакту метал- напівпровідник при зворотному зміщенні.

При під`єднанні зовнішнього джерела мінусом до металу і плюсом до напівпровідника спостерігається зсув рівнів Еф_н/п, E_co, E_io, E_vo вниз, а Eф_м -вверх, так що Eф_м- Еф_н/п=eV . Це приводить до додавання контактного і зовнішнього полів і до збільшення вигину зон в запірному шарі, що відповідає зворотньому включенню. Допускаючи, що V<0, можна записати загальний вигин зон як e(V_k-V).

2.6. Товщина запірного шару

Розглядаючи розподіл величини електростатичного потенціалу в запірному шарі, ми отримали:

. (2.38)

Звідси товщина запірного шару d_n буде дорівнювати :

, (2.39)

якщо n₀=Nd

Із (2.39) видно, що товщина запірного шару зростає із зростанням величини V_k - контактної різниці потенціалів, яка визначається різницею робіт виходу і зменшується при збільшенні концентрації домішки.

Формула (2.39) буде справедливою і при накладенні зовнішнього електричного поля.

Для прямого включення зовнішнього електричного поля висота потенціального бар`єру зменшується на величину зовнішньої напруги e(V_k-V).

В цьому випадку товщина запірного шару буде:

, (2.40)

тобто величина d_n буде зменшуватися з ростом величини V.

Навпаки при V<0 , тобто для зворотнього включення, товщина шару збільшується з ростом абсолютного значення V. Якщо V позначити через V_звор., то формулу (2.40) можна переписати так:

, (2.41)

Збіднений шар з постійним об`ємним зарядом здатний змінювати свою товщину по формулі типу ( 2.39 ) називають фізичним запірним шаром або шаром (бар`єром) Шотткі.

Відмітимо залежність товщини бор`єру Шотткі від концентрації носіїв заряду і, відповідно, від концентрації легуючих домішок.

Із збільшенням n₀ товщина шару зменшується , і навпаки. Відповідно, чим слабше легований напівпровідник, тим більше d_n при заданому значенні V. Наприклад, для германію n -типу, який має =16, V_k=0,3eB при n₀=10¹⁴см^-3 в рівноважному стані, тобто при V=0 маємо d_n=2,3^.10^-4см, а при n₀=10¹⁶ см^-3, відповідно d_n= 2,3^.10^-5см.

Звичайно порядок товщини шару Шотткі при V=0 буде в межах 10^-5-10^-3см.