2015-02-27
461
Свойства контакта металла с полупроводником и связанные с ними явления относятся к числу важных с принципиальной точки зрения проблем: накопление объемных зарядов на уровнях вблизи граничных потенциальных барьеров, получение хороших контактов.
При прохождении тока в цепи металл-полупроводник-металл в случае неомических контактов значительная часть приложенного напряжения может падать на токовых электродах вследствие переходных сопротивлений, возникающих в месте соприкосновения полупроводникового образца с токовыми электродами, которые могут представлять основное сопротивление для тока. Падение напряжения на контакте металл-полупроводник называют скачком потенциала. Существование скачков потенциала на токовых электродах обусловлено наличием потенциальных барьеров в области контакта металл-полупроводник и переходных сопротивлений.
1. Для исследований распределения потенциалов вдоль полупроводника и определения скачков потенциала на токовых электродах собирают схему (рис. 2.34). Исследование начинают с того, что на шлифованной поверхности полупроводника располагают шесть электродов (зондов) на одной прямой линии 1, 2, 3, 4, 5, 6. Зонды представляют собой тонкие металлические иглы, укрепленные в держателях на изоляционной панели из оргстекла. Расстояние между зондами устанавливается одинаковым (1-2 мм). Роль зонда также может выполнять проволочка, наложенная на образец и прижатая к нему.
|
|
|
Рис. 2.34. Принципиальная схема измерения распределения потенциала вдоль полупроводника: Б – батарея (1,2-100 В); mА – миллиамперметр; V – вольтметр; R – делитель напряжения; К – ключ; П – переключатель; О – полупроводниковый образец; ЭВ – электростатический вольтметр
Рис. 2.35. График распределения потенциала вдоль образца n-типа:
2, 5 – токовые электроды; 1, 3, 4, 6 – измерительные зонды
К двум токовым электродам 2 и 5 подводится напряжение от делителя напряжения R. Зонды 1, 3, 4, 6 служат для снятия потенциала в точках их соприкосновения с поверхностью полупроводника.
Переключатель П служит для изменения полярности напряжения, приложенного к электродам 2 и 5.
При прохождении постоянного тока через токовые электроды в полупроводниковом образце и на контактах токовых электродов происходит некоторое падение напряжения. Потенциометром или электростатическим вольтметром можно измерить падение напряжения между теми точками исследуемого полупроводникового образца, с которым контактируют зонды.
Присоединив минус потенциометра или электростатического (можно катодного) вольтметра к отрицательному токовому электроду 2 или 5, поочередным подключением плюса потенциометра к остальным электродам 1,2,3,4,5,6 измеряют потенциалы на этих электродах (соответственно U 1, U 2, U 3, U 4, U 5, U 6).Изменив переключателем П направление тока и установив движком делителя напряжения Rпервоначальное значение тока I, если оно изменилось при изменении направления тока, измеряют вышеописанным методом потенциалы U ¢1, U ¢2, U ¢3, U 4, U 5, U 6). при заданном направлении тока. Расстояния между электродами измеряют штангенциркулем или отсчетным микроскопом.
|
|
|
Результаты измерений представляют на графике, откладывая по оси ординат потенциалы на электродах, а по оси абсцисс расстояние между электродами. При построении графика необходимо учитывать, что электроды 1 и 6 лежат на поверхности полупроводника вне токовых электродов 2 и 5 и на участках полупроводника 1-2, 5-6 нет падения напряжения в объеме полупроводника, что на графике (рис. 2.35) отмечается отрезками, параллельными оси абсцисс. Существующая же разность потенциалов между электродами 1-2и 5-6 обусловлена падением напряжения на контакте металл-полупроводник (скачок потенциала на электродах), что на графике отмечается отрезками, параллельными оси ординат D U 2, D U ¢2, D U 5, D U ¢5.
В монокристаллических и поликристаллических образцах сернистого кадмия при слабом освещении образца наблюдаются скачки потенциала на электродах от 2 – 10 до 65 – 90 % от приложенного напряжения (см. рис. 2.35). Это объясняется, видимо, в основном наличием поверхностных потенциальных барьеров у электродов, так как скачки потенциала мало зависят от материала электродов, и повышенным приэлектродным сопротивлением, обусловленным неоднородной структурой контакта.
Изменение тока в цепи металл-полупроводник-металл при изменении полярности приложенного напряжения на обратную (слабые выпрямляющие свойства контактов) объясняется различием потенциальных барьеров возле электродов 2и 5. Например, различием концентрации адсорбированных газов возле этих электродов, обуславливающих различие потенциальных барьеров, различием электродов и другими причинами.
Как видно из рис. 2.35, падение напряжения на отрицательных электродах 2 или 5 меньше, чем на положительных. Видимо, отрицательное напряжение на электродах уменьшает барьер, соответственно уменьшается сопротивление контакта и падение напряжения на нем. Положительное же напряжение на электроде увеличивает потенциальный барьер, соответственно увеличивается сопротивление контакта и падение напряжения на нем.
Если падение напряжения на токовых электродах D U 2, D U ¢2, D U 5, D U ¢5 и на участке полупроводника между 3 и 4 зондами D U 3,4, D U ¢3,4, величина тока, протекающего через полупроводниковый образец, I, то контактные сопротивления и сопротивления участка полупроводникового образца можно вычислить по закону Ома:
Сопротивления R 2, R ¢2, R 5, R ¢5, R 3,4, R ¢3,4 вычисляются для нескольких значений величины тока I.
(2.81)
(2.82)
(2.83)
2. Для определения контактной разности потенциалов используется точечный диод Д2Е (или подобный), помещенный в пробирку с трансформаторным маслом. Пробирка нагревается, а температура измеряется с помощью термометра, помещенного в масло вблизи диода. Через диод пропускают постоянный ток от источника, размещенного внутри установки, и измеряют падение напряжения через каждые 15 градусов. Все органы управления и измерительные приборы расположены на передней панели лабораторной установки.
