Контакт металл-полупроводник

На границе металла с полупроводником возможны как выпрямляющие, так и невыпрямляющие контакты. Это определяется типом проводимости полупроводника (n или p) и соотношением работ выхода контактирующих материалов.

Рассмотрим контакт металла с полупроводником донорного типа (n–типа) когда A_п/п<А_м (рис. 6, 7)

.

Рис. 6. Энергетические диаграммы металла и полупроводника n-типа до приведения в контакт: А_п/п <А_м

При приведении в контакт электроны будут переходить из полупроводника в металл, заряжая его отрицательно. В полупроводнике при этом остается не-скомпенсированный положительный объемный заряд неподвижных ионов донорной примеси. Он заряжается положительно. В результате все энергетические уровни полупроводника будут понижаться относительно уровней металла до тех пор, пока в системе металл-полупроводник не установится единый уровень Ферми (рис. 7).

Рис. 7. Энергетическая диаграмма выпрямляющего контакта
металл– полупроводник n-типа

Между полупроводником и металлом возникнет электрическое поле, тормозящее дальнейший переход электронов в металл. Поле оттесняет электроны в полупроводнике от контакта, и приповерхностный слой полупроводника обедняется основными носителями - электронами. В результате приповерхностный слой полупроводника будет обладать большим сопротивлением, из-за чего его называют запорным. Сам контакт при этом является выпрямляющим и носит название барьера Шоттки.

Процесс выравнивания уровней Ферми сопровождается возникновением контактной разности потенциалов V_k

Так как концентрация носителей заряда в металле значительно больше, чем в полупроводнике, где плотность свободных электронов ограничена концентрацией введенной примеси, то практически все контактное поле будет сосредоточено не в зазоре, а в слое объемного заряда полупроводника.

Ширина обедненного слоя в полупроводнике (шириной контактного слоя в металле пренебрегают вследствие его малости) может быть определена из выражения

Электрическое сопротивление контакта Шоттки зависит от полярности приложенного напряжения. Напряжение, поданное минусом на полупроводник, а плюсом на металл, является прямым: суммарное тормозящее поле в контакте уменьшается и возникает значительный ток электронов из полупроводника в металл. Характеристика BAX контакта Шоттки очень похожа на BAX p-n перехода. Приборы с барьером Шоттки отличаются высоким быстродействием, поскольку их работа основана на переносе основных носителей. В них отсутствует накопление заряда неосновных носителей, время рассеивания которых ограничивает быстродействия прибора.

Если полупроводник n-типа, а Ам<Ап/п (рис.8), то электроны переходят из металла в полупроводник. В приконтактной области полупроводника образуется антизапирающий слой с малым удельным сопротивлением, обогащенный основными носителями заряда.

При приложении к такому контакту электрического поля все напряжение будет падать не в металле, (т.к. там концентрация носителей заряда велика), и не на контакте (слой обогащен электронами), а в объеме полупроводника. Но сопротивление объема полупроводника не зависит от направления внешнего поля. Поэтому такой контакт называется невыпрямляющим или омическим.

Рис. 8. Энергетическая диаграмма невыпрямляющего контакта металл– полупроводник n-типа

В случае контакта металла с акцепторным полупроводником контакт Шоттки возникает, если А_п/п>А_м. Если же А_п/п<А_м, то контакт будет омическим, т.к. в этом случае при переходе электронов из полупроводника в металл, в полупроводнике образуется слой, обогащенный дырками.