Применение контакта Шоттки в электронике

Работа контакта Шоттки основана на переносе основных носителей. При прямом смещении электроны из полупроводника переходят в металл. Их энергия на q φ_B больше энергии электронов в металле. Электроны из полупроводника быстро (примерно в 10^–12 с) теряют на соударениях свою избыточную энергию и не могут возвратиться в полупроводник. В контакте не происходит накопление заряда неосновных носителей (обусловливающего снижение быстродействия в р - n -переходах), поэтому они особенно перспективны для применения в качестве сверхбыстродействующих импульсных, смесительных анодов СВЧ диапазона (f  = 100–200 ГГц).

Наиболее широкое применение контакт с барьером Шоттки нашел при изготовлении полевых транзисторов с барьером Шоттки (ПТБШ) на таком полупроводнике как арсенид галлия. На изолирующей подложке выращен слой арсенида галлия n -типа, на котором изготовлены омические контакты истока и стока (рис. 2.7).

Рис. 2.7. Конструкция полевого транзистора с барьером Шоттки

 

   В качестве затвора Шоттки используется узкая полоса из напыленного на поверхность полупроводника металла. Затвор расположен между контактами истока и стока, на которые подаются напряжения U _И и U _С. Если к затвору приложить отрицательное напряжение (– U _З), то под контактом образуется обедненная область, в которой электроны практически отсутствуют, причем толщина области меняется в зависимости от приложенного к затвору напряжения. Соответственно будет изменяться и ток, идущий от истока к стоку, т. е. можно достичь эффекта усиления сигнала, приложенного к затвору.

 

МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА

Измерение характеристики контакта Шоттки осуществляется с помощью специального стенда (рис. 2.8). Диапазон измеряемых токов через контакт составляет от 1 мА до 100 мкА. Измерение напряжения на контакте осуществляется цифровым вольтметром В7-27. Измерения осуществляются с использованием диодов Шоттки или тестовых структур. В таких структурах площадь контакта Шоттки составляет 0,64 мм². Полупроводником является арсенид галлия n -типа или кремний, в качестве металла контакта Шоттки используется алюминий и титан соответственно.

Рис. 2.8. Схема стенда для измерения характеристик контакта:

1 – диод Шоттки; 2 – измеритель тока; 3 – вольтметр В7-27; 4 – переключатели полярности напряжения; 5 – источник постоянного напряжения

 

В работе необходимо снять вольтамперную характеристику контакта, определить φ_В, n и U _обр.

 

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. Получить у лаборанта диод Шоттки или тестовую структуру и подсоединить их к измерительному стенду.

2. Поставить переключатель 4 в положение «Прямая ветвь ВАХ». Измерить токи через контакт металл–полупроводник в зависимости от приложенного напряжения. Напряжение должно варьироваться от 0 до 1,5 В с шагом 0,1 В.

3. Поставить переключатель 4 в положение «Обратная ветвь ВАХ». Измерить токи через контакт металл–полупроводник в зависимости от приложенного напряжения. Напряжение должно варьироваться от 0 до U _обр с шагом 1 В. U _обр – это обратное напряжение, при котором ток через контакт достигает значения 50 мкА.

4. Построить по экспериментальным значениям ВАХ контакта.

5. Построить в полулогарифмическом масштабе прямую ветвь ВАХ.

6. По методике, представленной на рис. 2.5, определить ток насыщения I₀  и коэффициент идеальности n.

7. По формуле (2.5) рассчитать высоту барьера контакта.

 

 

СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

1. Цель работы.

2. Основные расчетные формулы.

3. Схема измерения характеристик контакта.

4. График ВАХ контакта.

5. Результаты расчетов φ_В, n, U _обр.

6. Анализ полученных результатов, выводы.

 

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Каков механизм образования потенциального барьера?

2. От чего зависит высота барьера?

     3. Какие существуют механизмы токопереноса через контакт металл–полупроводник?

4. Что такое показатель идеальности?

5. Какие методы определения φ_В и n вы знаете?

    6. В чем заключаются преимущества контактов с барьером Шоттки перед р - n -переходами?

7. Каковы области применения контактов с барьером Шоттки?

    8. В чем состоит принцип работы полевого транзистора с барьером Шоттки на арсениде галлия?

 

ЛИТЕРАТУРА

1. Зи, С. М. Физика полупроводниковых приборов / С. М. Зи – М.: Мир, 1984. – 456 с.: ил.

      2. Родерик, Э. Х. Контакты металл–полупроводник / Э. Х. Родерик. – М.: Радио и связь, 1982. – 208 с.: ил.

      3. Ланин, В. Л. Формирование токопроводящих контактных соединений в изделиях электроники / В. Л. Ланин, А. П. Достанко, Е. В. Телеш. – Изд. центр БГУ, 2007. – 574 с.

 

Лабораторная работа №3