Невыпрямляющие контакты. Омический контакт

Пусть в контакте металл – полупроводник n-типа выполняется условие Ф _М< Ф _П (рис.6.28а). Тогда после образования контакта, электроны будут переходить из металла в полупроводник. Приконтактная область металла из-за недостатка электронов получит положительный заряд, а приконтактная область полупроводника из-за избытка электронов зарядится отрицательно. В контакте возникает контактная разность потенциалов и поле E_К, направленное от металла к полупроводнику. Появление поля контактной разности потенциалов E_К приведет в приконтактной области полупроводника к изгибу энергетических вниз и дно зоны проводимости Е_С смещается к уровню E_FП. Это свидетельствует об обогащении приконтактной области полупроводника основными носителями заряда – электронами (рис.6.28б). При большом изгибе энергетических зон полупроводник в этой области может стать вырожденным. Сопротивление приконтактного слоя полупроводника резко уменьшается и он по своим проводящим свойствам приближается к металлу, то есть имеет ничтожное удельное сопротивление.

В случае контакта металла с полупроводником р-типа при Ф _М> Ф _П будет происходить переход электронов из полупроводника в металл, приводящий к возникновению зарядов в приконтактных слоях и появлению электрического поля контактной разности потенциалов E_К. Происходит изгиб энергетических зон вверх, что приводит к обогащению приконтактного слоя полупроводника дырками и резкому снижению сопротивления этого слоя (рис.6.28а,б).

Независимо от того, вырождается или не вырождается полупроводник, наличие обогащенного слоя означает, что сопротивление системы в целом определяется нейтральным слоем полупроводника и, следовательно, не зависит ни от величины, ни от полярности приложенного напряжения. Такие невыпрямляющие комбинации металла с полупроводником называют омическими контактами.

Омические контакты осуществляются в местах присоединения металлических выводов к полупроводниковым слоям. Формирование омических контактов – задача не менее важная, чем получение выпрямляющих контактов. Весьма часто для уменьшения сопротивления контакта в полупроводнике создают область с высокой концентрацией примеси.

Помимо двусторонней проводимости, важным свойством омического контакта является ничтожное время жизни избыточных носителей заряда в обогащенном слое полупроводника. Потому считают, что концентрации избыточных носителей на омическом контакте равны нулю.

 

Оптические свойства полупроводников

Собственное поглощение света

Генерация носителей заряда в полупроводнике возможна в результате какого-либо внешнего воздействия, например при поглощении оптического излучения.

Квант или фотон оптического излучения обладает энергией Е_фот и импульсом р_фот:

.

где n_фот и l_фот – частота и длина волны света соответственно.

Если энергия фотона, падающего на полупроводник

Ефот >Еg,

то электрон валентной зоны может поглотить его. При этом он получает энергию достаточную для перехода в зону проводимости. Такое поглощение света является собственным и n₀ = p_0. Появляющиеся носители заряда получили название неравновесных.

Интенсивность света, распространяющегося в полупроводнике уменьшается согласно закона Бугера:

 

где I₀ – интенсивность света на поверхности полупроводника, I – интенсивность света в полупроводнике после прохождения расстояния х, a - коэффициент поглощения. Эта величина обратная длине пути, при котором интенсивность света I уменьшается в е раз, т.е. в 2.73 раза. Коэффициент поглощения a является характеристикой среды, в данном случае полупроводника. Он зависит от длины волны света. Его зависимость от энергии падающего кванта света a(hn_фот) или длины волны света a(l_фот) называется спектром поглощения.

Так при

hn_фот - E_g» 0,01 эВ

a_с» 10³ см^-1 и свет практически полностью поглощается на глубине 2 мкм от поверхности полупроводника.

 

Примесное поглощение света

В примесных полупроводниках под действием света может происходить переброс электронов с донорных уровней в зону проводимости или из валентной зоны на уровни акцептора. Для этого квант света должен иметь энергию hn_фот ³ DЕ_Д, DЕ_А (рис….). Такое поглощение света называется примесным. Граница этого поглощения сдвинута в область длинных волн света тем сильнее, чем меньше энергия ионизации соответствующей примеси.

Следует иметь в виду, что если примесные атомы уже ионизированы, то примесное поглощение наблюдаться не будет. Так как температура полной ионизации примеси падает с уменьшением энергии DЕ_Д или DЕ_А, то для наблюдения длинноволнового примесного поглощения необходимо охлаждение полупроводника до достаточно низкой температуры. Так, например, спектр примесного поглощения Ge, легированного золотом Au с DЕ_ПР = 0,08 эВ с границей поглощения l = 9 мкм, наблюдается при температуре жидкого азота Т = 77 К. Коэффициент примесного поглощения зависит от концентрации примеси и лежит в пределах a_ПР» 1…10 см^-1.