Контактные явления в полупроводниках
Свойства контактов, полученных из полупроводниковых материалов: p – n переход, контакты p+-p и n+-n, +, p – полупроводник – металл и n – полупроводник – металл, несимметричные контакты, а также гетероконтакты. Их отличительные особенности и назначение.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | реферат |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 08.04.2014 |
| Размер файла | 199,9 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Размещено на http://www.allbest.ru/
Контактные явления в полупроводниках
Здесь речь пойдет о свойствах контактов, полученных из полупроводниковых материалов; это
а) p - n переход,
б) контакты p+-p и n+-n, + означает материал с повышенной концентрацией примеси,
в) p - полупроводник - металл и n - полупроводник - металл (контакты Шоттки),
г) несимметричные контакты, в которых концентрации примесей различны в областях полупроводника (N - концентрация примесей в 1/см3 Nn > Np или Np > Nn),
д) гетероконтакты выполненные из полупроводников различного типе, например, дырочный германий (p-Ge) и электронный кремний (n-Si).
Вспомним свойства обычного p-n перехода. На рис. 4 показана его простейшая структура, хотя существует довольно много технологий его изготовления (сплавная, точечная, меза и др.), которые придают ему особые свойства.
полупроводник металл гетероконтакт
Структура простейшего контакта, p-n перехода
По законам диффузии концентрации электронов и дырок стремятся выровняется, поэтому носители из приконтактных областей уходят в область пониженной концентрации (дырки из p в n, электроны наоборот). Атом примеси лишается носителя и в кристалле образуются неподвижные ионы (см. рис. 4). За счет этих зарядов возникает электрическое поле Евн, препятствующее движению носителей, процесс диффузии прекращается. Итог таков.
- В области контакта образовался слой не содержащий носителей тока, по существу слой диэлектрика (запирающий слой).
- Если его не убрать, контакт не будет проводить электрический ток.
Электрическое поле контакта создает потенциальный и энергетический (Wб) барьеры для носителей и это отражается на энергетической диаграмме. Построим ее (рис. 5), вспомнив положение уровней Ферми в примесных полупроводниках.
Энергетическая диаграмма p-n перехода
Сам p-n переход это слой обедненный подвижными носителями, по сути слой диэлектрика.
Далее будем подавать на переход напряжение от внешнего источника ЭДС. При подаче «+» в p область а «-» в n область кристалла на переходе возникает внешняя напряженность электрического поля Евнеш направленная навстречу Е вн (см. рис. 4). Результирующее поле уменьшается, запирающий слой исчезает и структура переходит в состояние проводимости. Это напряжение называется прямым, Uпр. На энергетической диаграмме происходит деформация уровня Ферми в сторону уменьшения энергетического барьера, рис. 6. Ток через переход обеспечивается основными носителями, количество которых велико.
Прямое напряжение на переходе
При смене полярности источника (обратное напряжение на переходе) происходит обратная картина. Энергетический барьер на переходе возрастает, проводимость ухудшается и тока практически не будет. Весьма небольшой обратный ток возникнет за счет неосновных носителей, то-есть тех немногочисленных электронов, которые есть в «p» области кристалла и дырок, которые есть в «n» области. Суммарный ток неосновных носителей называется током насыщения I0.
Контакты типа p+-p и n+-n обладают очень слабыми нелинейными свойствами, в специальных приборах не применяются и используются как омические контакты, например, при создании вывода из p и n областей.
Контакты Шоттки на основе соединения металла и полупроводника обладают интересными свойствами, которые зависят от подбора материалов (рис. 7). В физике твердого тела существует понятие «работа выхода электрона W»; это энергия, которую необходимо затратить электрону для выхода из тела в окружающее пространство.
Контакт «металл-полупроводник»
Допустим, есть контакт металла и «n» полупроводника их работы выхода находятся в следующем соотношении. При таком соотношении работ, электроны из металла будут переходить в полупроводник и насыщать его приконтактный слой. Проводимость этого слоя увеличивается. В структуре все области обладают хорошей проводимостью. Таким образом, сформировался обычный проводящий (омический) контакт. Иная картина получится при обратном соотношении работ выхода, Wм>Wn. Теперь уже электроны уходят из полупроводника в металл. К электронам в металле, которых очень много добавляются перешедшие, которые практически не меняют его проводимость. А вот электроны ушедшие из полупроводника ухудшают его проводимость, обнажают атомы примеси, за счет чего на контакте образуется электрическое поле. В итоге возник энергетический барьер, как и в «p-n» переходе, но обладающий особыми свойствами, это
- высокое быстродействие,
- небольшой порог открывания.
Контакт с такими свойствами называется диодом Шоттки.
Несимметричные контакты - это p-n переходы в которых концентрация примесей в p и n областях различна. Такой контакт обозначается p+-n (или p-n+) и показан на рис. 8.
При прямых напряжениях большее количество дырочной примеси обеспечивает прямой ток в основном за счет дырочных носителей. В этом основное отличие несимметричного перехода от симметричного. Область с повышенной концентрацией примеси называется эмиттером, а с пониженной - базой.
Несимметричный контакт
Такой же результат получается и у гетероперехода. На рис. 9 показана энергетическая диаграмма контакта кремния и арсенида галлия.
Гетеропереход
Так как ширина запрещенной зоны у этих материалов различна, Wз1<Wз2, возникают различные по высоте энергетические барьеры для электронов и дырок. В данном случае барьер для электронов Wб значительно меньше чем для дырок. При подаче прямого напряжения в первую очередь исчезает препятствие для движения электронов и прямой то перехода это ток электронов.
Для несимметричных и гетеропереходов вводится показатель - коэффициент инжекции г, равный отношению тока преобладающих носителей к прямому суммарному току через открытый переход, г=In/(In+Ip).
Сведения этого раздела подробно изложены в курсе физики.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Способ определения к.п.д. светочувствительных систем полупроводник-металл. Формула и реферат описания изобретения. Характеристика современных светодиодов, их устройство и работа. Разработка голубых светодиодов. Получение белого света с их помощью.
курсовая работа [709,9 K], добавлен 23.07.2010Природа и виды ионизирующих излучений. Взаимодействие электронов с веществом. Торможение атомных ядер. Зависимость линейного коэффициента ослабления гамма-излучения в свинце от энергии фотонов. Диффузия в структуре полупроводник-металл-диэлектрик.
курсовая работа [1,2 M], добавлен 12.04.2012Явления оптической и термической перезарядки, их роль в полупроводниках и полупроводниковых структурах. Особенности оптических переходов при наличии нескольких глубоких и мелких уровней в запрещённой зоне, в основном, при комбинированном возбуждении.
реферат [35,2 K], добавлен 22.06.2015Общие сведения о полупроводниках. Методы очистки и переплавки полупроводниковых материалов. Металлургия германия и кремния. Применение полупроводников. Тепловые сопротивления. Фотосопротивления. Термоэлементы. Холодильники и нагреватели.
реферат [26,8 K], добавлен 25.06.2004Сущность механизма электропроводности. Волновая функция электрона в кристалле. Квазиимпульс и эффективная масса носителей заряда. Статистика электронов и дырок в полупроводнике. Структуры металл-диэлектрик-полупроводник. Энергонезависимые элементы памяти.
курсовая работа [697,7 K], добавлен 14.02.2016Основы физики полупроводников, их энергетические зоны, уровни. Распределение носителей в зонах, их рекомбинация. Движение носителей и контактные явления в данных устройствах. Особенности контактов между полупроводниками с одинаковыми типами проводимости.
контрольная работа [780,1 K], добавлен 19.08.2015Основные свойства полупроводников. Строение кристаллов. Представления электронной теории кристаллов. Статистика электронов в полупроводниках. Теория явлений переноса. Гальваномагнитные и термомагнитные явления. Оптический свойства полупроводников.
книга [3,8 M], добавлен 21.02.2009Устройство структуры металл-диэлектрик–полупроводник. Типы полупроводниковой подложки. Экспериментальное измерение вольт-фарадных характеристик и характеристика многослойных структур. Методология электрофизических измерений, описание их погрешности.
курсовая работа [1,5 M], добавлен 07.01.2011Понятие о полупроводниках, их свойства, область применения. Активные диэлектрики. Рождение полупроводникового диода. Открытие сегнетоэлектриков и пьезоэлектриков. Исследования проводимости различных материалов. Физика полупроводников и нанотехнологии.
курсовая работа [94,4 K], добавлен 14.11.2010Физические основы и практические результаты использования проникающих излучений в технологии ядерного легирования полупроводниковых материалов. Их применение в производстве полупроводниковых приборов, мощных кремниевых диодов, тиристоров и транзисторов.
курсовая работа [1,9 M], добавлен 08.06.2015Механизмы поглощения энергии излучения в полупроводниках. Принцип действия полупроводниковых фотоприемников. Характеристики и параметры фотоприемников. Темновое сопротивление, чувствительность, спектральная характеристика, охлаждаемые фотодатчики.
контрольная работа [836,3 K], добавлен 29.08.2013Суть гальваномагнитных явлений в полупроводниковых материалах. Эффекты Холла, Эттингсгаузена и Нернста. Закономерности, структура и химическая связь соединений типа АIIIВV. Изопериодные гетероструктуры. Подвижность носителей заряда в полупроводниках.
курсовая работа [3,6 M], добавлен 09.12.2010Строение твердого тела. Понятие об энергетических уровнях. Классификация тел по электропроводности. Механизм образования электронной и дырочной проводимости. Примесные и собственные полупроводники. Области применения полупроводниковых материалов.
курсовая работа [475,6 K], добавлен 12.02.2014Классификация твердых тел по электропроводности. Процесс образования пары электрон - дырка. Преимущества использования кремния в качестве полупроводникового материала. Структура кристаллической решетки типа "алмаз". Электронно-дырочный p-n-переход.
презентация [823,2 K], добавлен 09.07.2015Описание полупроводников, характеристика их основных свойств. Физические основы электронной проводимости. Строение кристалла кремния. Направленное движение электронов и дырок под действием электрического поля, p-n переход. Устройство транзисторов.
презентация [2,4 M], добавлен 20.04.2016Классификация и типы полупроводников, их характеристики и свойства. Контактные явления на границе раздела полупроводников различных типов. Изучение работы соответствующих устройств, резонанс токов и напряжений. Изучение вольтмперной характеристики диода.
дипломная работа [608,0 K], добавлен 03.07.2015Классификация полупроводников по различным признакам, их разновидности и характеристика, отличительные черты. Порядок и схемы включения и применения фотоэлектронных приборов. Динамические свойства аналоговых интегральных микросхем, порядок составления.
реферат [108,9 K], добавлен 03.04.2009Дефекты реальных кристаллов, принцип работы биполярных транзисторов. Искажение кристаллической решетки в твердых растворах внедрения и замещения. Поверхностные явления в полупроводниках. Параметры транзистора и коэффициент передачи тока эмиттера.
контрольная работа [2,9 M], добавлен 22.10.2009Фотоэлектрические свойства неоднородных полупроводниковых образцов. Энергетическая структура омического контакта в присутствии неравномерно распределенных электронных ловушек. Фотоэлектрические свойства кристаллов, обработанных в газовом разряде.
дипломная работа [3,3 M], добавлен 18.03.2008Электрофизические свойства полупроводников. Структура полупроводниковых кристаллов. Элементы зонной теории твердого тела. Микроструктурные исследования влияния электронного облучения на электрофизические характеристики полупроводниковых приборов.
курсовая работа [1,0 M], добавлен 18.09.2015
