Барьер на границе металла с полупроводником (барьер Шоттки)

Рассмотрим контакт металл-полупроводник. Допустим, что имеется контакт между металлом и невырожденным электронным полупроводником. Если уровень Ферми изолированного металла F_м лежит ниже уровня Ферми полупроводника F_п, т.е. Φ_м>Φ_п (рис. 4.14), то в момент соприкосновения поток электронов из полупроводника превышает поток электронов из металла. В результате металл в области контакта приобретает отрицательный заряд, а полупроводник – положительный и возникшее между контактирующими образцами электрическое поле будет препятствовать переходу электронов из полупроводника в металл. Направленный поток электронов будет происходить, пока уровни Ферми в системе не выравнятся (рис. 4.11, а) и установится равновесие, характеризующееся равенством токов J_п.п.0 = J_м.

Рис. 4.14
Рис. 4.11 Контакт металл-электронный полупроводник в случае Φм>Φп (а) и Φм<Φп (б)
Рис. 4.12 Контакт металл-дырочный полупроводник в случае Φм>Φп (а) и Φм<Φп (б)

При этом между металлом и полупроводником возникнет контактная разность потенциалов и соответствующее ей электрическое поле, препятствующее переходу электронов из полупроводника. Величина контактной разности потенциалов φ_к. равна:

.

(4.30)

Толщина слоя объемного заряда в случае термодинамического равновесия определяется соотношением

.

(4.32)

Толщина объемного заряда в металле не превышает 10^-8-10^-7 см, а в полупроводнике может составлять 10^-4 см. Контактная разность потенциалов практически полностью приходится на приконтактную область полупроводника, благодаря этому полю происходит искривление зон в приконтактной области. Таким образом, когда Φ_м>Φ_п в электронном полупроводнике возникает слой с пониженной удельной проводимостью (обогащенный неосновными носителями заряда). Такой слой называют запорным. У дырочного полупроводника в этом же случае (Φ_м>Φ_п) возникает слой с повышенной удельной электропроводностью. Такой слой называют антизапорным.

Если работа выхода из полупроводника больше работы выхода из металла, т.е. Φ_м<Φ_п, электронный полупроводник заряжается отрицательно, возникает антизапорный слой, в дырочном полупроводнике - запорный слой.

При сильном обогащении приконтактной области неосновными носителями заряда происходит инверия типа проводимости, возникает физический p-n-переход.

У собственного полупроводника как при Φ_м>Φ_п, так и при и Φ_м<Φ_п искривление зон сопровождается повышением удельной проводимости в приконтактной области (рис. 4.13).

Рис. 4.13 Контакт металл-дырочный полупроводник в случае Φм>Φп (а) и Φм<Φп (б)