double arrow

Невыпрямляющие (омические) контакты металл-полупроводник

С помощью омических невыпрямляющих контактов происходит электрическое соединение полупроводников с металлическими проводниками. От качества этих контактов в значительной степени зависят параметры и характеристики приборов, а также их надежность и срок службы. Основные требования комическим контактам: 1) при прямом смещении они должны обеспечивать инжекцию основных носителей в полупроводник; 2) при обратном смещении препятствовать инжекции неосновных носителей в полупроводник; 3) иметь минимальное электрическое сопротивление; 4) иметь линейную вольт-амперную характеристику (ВАХ).

Эти условия выполняются при правильном подборе пары металл – полупроводник. Зонная диаграмма контакта металл - полупроводник n -типа приведена на рис. 6. Для этой пары должно выполняться соотношение Р м< Р n, где Р м – термодинамическая (внешняя) работа выхода электрона из металла, а Р n – из полупроводника n -типа. В такой паре энергия электронов в металле больше, чем в полупроводнике, и при установлении термодинамического равновесия часть электронов из металла перетекает в полупроводник. Уровень Ферми W F в металле и полупроводнике выравнивается. Вблизи металлургической гра

 
 

ницы со стороны металла возникает тонкий слой d м, обедненный электронами (т.е. заряженный положительно), а со стороны полупроводника – слой d n, обогащенный электронами. Контактное электрическое поле Е к направлено из металла в полупроводник. Оно приводит к изгибу уровней энергии дна зоны проводимости W c и верха валентной зоны W c в области d n. Однако напряженность контактного поля на несколько порядков меньше внутриатомной, поэтому ширина запрещенной зоны D W и внешняя работа выхода Р с остаются постоянными. Поле Е к способствует электрическому дрейфу основных носителей элек
 
 

тронов из полупроводника в металл и препятствует дрейфу неосновных носителей дырок. В состоянии термодинамического равновесия дрейфовая I nE и диффузионная I nD, составляющие электронного тока через металлургическую границу, уравновешивают друг друга.

Большая концентрация электронов в области контакта обеспечивает его высокую проводимость при любой полярности внешнего смещения. Потенциальный барьер j = q y препятствует инжекции неосновных носителей – дырок.Зонная диаграмма полупроводника n - типа с двумя омическими контактами при внешнем смещении приведена на рис.7. Проводимость металлов на несколько порядков больше проводимости полупроводников, поэтому практически все напряжение U будет приложено к полупроводнику n - типа, потенциал вдоль него изменяется линейно, также изменяется энергия электронов, и уровень Ферми имеет наклон. Левый омический контакт оказывается прямосмещенным, его толщина d пр становится меньше d n, и через небольшой горбик электроны из металла инжектируются в полупроводник n -типа, затем они скатываются вниз по наклону дна зоны проводимости, достигают обогащенной электронами зоны правого обратносмещенного контакта и через металлургическую границу попадают (стекают) в правый металлический контакт, откуда уходят во внешнюю цепь. Дырки из правого контакта не могут преодолеть потенциальный барьер и инжектироваться в полупроводник. Неосновные носители практически не участвуют в проводимости полупроводника.

Зонная диаграмма контакта металл – полупроводник р -типа в состоянии термодинамического равновесия приведена на рис.8. Для этой пары должно соблюдаться условие Р м р, тогда при установлении термодинамического равновесия E к направлено из полупроводника в металл, вблизи металлургической границы возникает обогащенная дырками область, а неосновные носители – электроны находятся в потенциальной яме глубиной j = q y и не могут инжектироваться в металл.

 
 

Вольтамперная характеристика омического контакта металл-полупроводник приведена на рис.9. Характеристика является линейной, небольшие нелинейности возникают при больших прямых и обратных напряжениях.

Изготовление омических контактов связано с большими трудностями. Концентрация дефектов и примесей на поверхности полупроводников существенно выше, чем в глубине монокристалла. На поверхности образуются обедненные основными носителями области и слои с инверсным типом проводимости, что существенно ухудшает свойства омических контактов. Для устранения этих недостатков создаются омические Мn +n или Мр +р контакты. Зонная диаграмма контакта Мn +n в состоянии термодинамического равновесия приведена на рис.10. В связи с тем что металл контактирует с вырожденным полупроводником n +-типа, поверхностные дефекты не оказывают существенного влияния на качество контакта, а граница раздела вырожденный полупроводник n + – низколегированный полупроводник n -типа находится в глубине монокристалла, где концентрация примесей и дефектов меньше, чем на поверхности. Аналогично изготавливают контакт Мр +р.

 
 


Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:  



Сейчас читают про: