Переход металл-полупроводник.

Чтобы вырвать электрон из вещества, необходимо затратить определённую энергию, которая называется работой выхода. В контакте металл-полупроводник работа выхода может играть важную роль.

Если работа выхода металла W_м меньше работы выхода W_p полупроводника p-типа, то из металла в полупроводник будут поступать электроны. В полупроводнике на границе с металлом появится избыток электронов, которые будут рекомбинировать с дырками. Вблизи контакта возникнут отрицательные ионы, создастся область отрицательного заряда. Со стороны металла появится положительный заряд. В области границы возникнет объемный заряд. Создастся контактная разность потенциалов, препятствующая переходу электронов из металла в полупроводник и способствующая переходу электронов из полупроводника в металл. Когда потоки уравняются, наступит равновесие.

Если к контакту металл-полупроводник подать напряжение плюсом к полупроводнику и минусом к металлу, контактная разность потенциалов уменьшится, электроны будут переходить в полупроводник, в цепи потечет электрический ток, величина которого зависит от величины внешнего напряжения.

Если внешнее напряжение подключить плюсом к металлу, электронам будет сложнее выходить из металла, ток уменьшится и будет происходить только за счет электронов полупроводника (неосновных носителей). Этот ток по малости можно во многих случаях не учитывать. Металл-полупроводник называется барьером Шоттки. Он обладает выпрямляющими свойствами. В работе барьера Шоттки участвуют только электроны. Нет инжекции неосновных носителей и накапливания зарядов. Поэтому он обладает малым временем переключения, высоким быстродействием.

Полупроводник необходимо соединять с металлическими частями п/п приборов. Соединения не должны влиять на работу прибора, т.е. иметь малое электрическое сопротивление, проводить токи обоих направлений, не обладать явлением инжекции. Такие контакты называются омическими. Создаются они по принципу диодов Шоттки путем введения между металлом и полупроводником дополнительной примеси,с повышенной концентрацией.

Пробой р-п перехода.

При достижении обратным напряжением критической величины происходит пробой p-n перехода, который заключается в сильном увеличении обратного тока. Различают электрический и тепловой пробои. Электрический пробой разделяется на лавинный и туннельный (полевой).

Лавинный пробой (кривая 1) происходит в слаболегированных, но достаточно широких областях объемного заряда. В них длина свободного пробега электронов, которые являются неосновными носителями, достаточно велика. Электрон успевает приобрести достаточно большую энергию. Соударяясь с нейтральными атомами, они ионизируют их, создавая новые ионы и электроны. Эти носители заряда в электрическом поле приобретают энергию, достаточную для ионизации других атомов. Лавинный эффект. При увеличении напряжения на небольшую величину, ток возрастает сильно. При снижении напряжения переход восстанавливается.

Туннельный пробой (кривая 2) происходит в сильнолегированных областях с узким переходом при обратных напряжениях 5…6 В. На переходе имеется высокий потенциальный барьер, который основные носители преодолеть не должны. Это происходит не за счет большой энергии основных носителей, а за счет смещения энергетических уровней зоны проводимости n-области и валентной зоны p-области в сторону сближения. Энергия электронов зоны проводимости становится такой же, как энергия электронов валентной зоны. Беспрепятственное перемещение электронов (как бы по туннелю). Название –полевой: за счет поля смещение энергетических уровней.

Тепловой пробой возникает за счет выделения энергии при протекании тока через структуры перехода. Если отводится тепла меньше, чем выделяется, переход нагревается. Это вызывает еще больший ток, что может вызвать оплавление материала и создание токопроводящих мостиков. Явление необратимо. Наиболее часто встречается в германиевых структурах, где не удается обеспечить одинаковую плотность тока по всей токопроводящей поверхности.

Если лавинный и туннельный пробои не приводят к тепловому, они обратимы! Иначе они переходят к тепловому пробою.