Если к контакту металл-полупроводник подключить внешний источник питания, минусом к полупроводнику, а плюсом к металлу, то высота потенциального барьера уменьшится и станет равной ψ–qU (рис.2.).
Уменьшение высоты барьера приведет к нарушению термодинамического равновесия. В результате электроны полупроводника начинают переходить в металл, создавая при этом ток In.
Эти электроны являются основными для металла, а их концентрация ns оказывается много меньше равновесной концентрации электронов в металле nм.
Поэтому нейтрализация неравновесного заряда происходит с максвелловским временем релаксации τМ=εε0/σ, где σ – проводимость металла. Таким образом, приборы содержащие контакт металл-полупроводник, оказываются более высокочастотными по сравнению с невырожденными p-n-переходами.
Электронам находящимся в металле, для того чтобы попасть в зону проводимости полупроводника, необходимо преодолеть потенциальный барьер ΔР=Рм–Рс. Высота этого барьера зависит только от работы выхода из металла Рм и полупроводника Рс и не зависит от степени легированности полупроводника. Поскольку Рм и Рс являются параметрами материала, ток, связанный с переходом электронов из металла в полупроводник, не зависит от внешнего напряжения и является величиной постоянной Iм=const.
Если изменить полярность источника питания на обратную (плюс к полупроводнику, минус к металлу), то высота потенциального барьера увеличится на величину qU (рис.3.). При обратном смещении поток электронов из металла в по-прежнему останется без изменений.
С другой стороны, встречный поток из полупроводника в металл уменьшится, поскольку высота барьера для электронов зоны проводимости возрастет и станет равной ψ+qU.
поэтому уже при незначительных обратных напряжениях полный обратный ток через контакт будет в основном определяться потоком электронов из металла в полупроводник и, следовательно не будет зависеть от напряжения.
Для полупроводниковых материалов Ge, Si, GaAs плотность термоэлектронного тока, связанная с переносом электронов из металла в полупроводник, так же как в электронной лампе равна
где [А/К2] – постоянная Ричардсона, а ΔР=Рм–Рс =ΔWFn+ψ – работа выхода из металла в полупроводник. В состоянии термодинамического равновесия, когда внешнее напряжение равно нулю, этот ток уравновешивается потоком электронов , направленных из полупроводника в металл:
- JП-М=qvsn(0), (3)
- где – тепловая скорость электронов, n(0) – концентрация электронов в полупроводнике, на границе полупроводник-металл при U=0.
- Приравнивая формулы (2) и (3) получим
Сравнивая (4) с (1) легко установить, что , где ns(0) – концентрация электронов на границе полупроводника при U=0, т.е.
где n0 – равновесная концентрация электронов вдали от контакта.
При изменении внешнего смещения U граничная концентрация ns(0) будет изменяться в соответствии с изменением высоты потенциального барьера ψ–qU и, следовательно, будет меняться величина тока из полупроводника в металл
Результирующий электронный ток равен разности
где — термический потенциал, а — величина обратная термическому потенциалу.
Полученное выражение совпадает с формулой ВАХ идеального p-n-перехода.
Однако выражение для обратного тока насыщения отличается от выражения для обратного тока насыщения идеального p-n-перехода, не только количественно, но и по физическому смыслу.
В p-n-переходе обратный ток связан с экстракцией неосновных носителей, а в контакте металл-полупроводник – с инжекцией основных носителей из металла в полупроводник.
Вольтамперная характеристика перехода металл-полупроводник приведена на рис.4. Экспериментальная зависимость I=f(U) хорошо согласуется с теоретической, т.к.:
- 1) уровень инжекции всегда мал ns(0)
§ 21. Выпрямляющие свойства контакта "металл — полупроводник" [1981 Поляков А.М. — Разгаданный полупроводник]
Новости Библиотека Энциклопедия Биографии Ссылки Карта сайта О сайте
Из рассмотренных видов контактов наибольший интерес представляют контакты, при создании которых образуются запорные слои. Объясняется это тем, что именно такие контакты обладают ярко выраженной односторонней проводимостью.
Если в замкнутой цепи имеется контакт с запорным слоем, то при одной полярности включения источника сила тока велика (прямое направление), а в случае противоположной полярности включения источника сила тока оказывается во много раз меньшей (запорное направление).
Рассмотрим проявление этого эффекта на примере уже знакомого нам контакта полупроводника n-типа с металлом. Зонная схема такого контакта, находящегося в равновесном состоянии, приведена на рисунке 59, а.
Рис. 59
Прежде всего обратим внимание на то, что в отличие от рисунка 57 на этой схеме не указаны энергетические уровни, соответствующие энергии электронов в вакууме (нет уровней Вм и Вп).
Такое упрощение связано с тем, что при рассмотрении контактных явлений выход электронов в вакуум уже не представляет интереса, и, следовательно, нет необходимости указывать на схеме абсолютные значения термодинамической работы выхода Ам и Ап для металла и полупроводника.
Разность же работ выхода контактирующих тел, определяющая условия установления равновесия и характеризующая свойства границы раздела, отражена на схеме высотой потенциального барьера
Потенциальный барьер, возникающий на границе раздела, является регулятором потока электронов, идущих из полупроводника в металл. В начальный момент после образования контакта число электронов, проходящих за 1 с из полупроводника в металл, намного превосходит встречный поток, то есть число электронов, проходящих за 1 с из металла в полупроводник.
Это происходит потому, что работа выхода из рассматриваемого полупроводника меньше работы выхода из металла. Но затем по мере возрастания разности потенциалов и, следовательно, напряженности электрического поля, препятствующего переходу электронов из полупроводника в металл, происходит выравнивание обоих противоположно направленных потоков.
При этом ток через контакт не течет.
Включение внешней разности потенциалов равновесия и к появлению тока через поверхность раздела. Сила тока зависит от полярности подключения источника и значения приложенной разности потенциалов.
Действие внешней разности потенциалов в прямом направлении. Рассмотрим сначала случай, когда приложенная к контакту «металл — полупроводник» внешняя разность потенциалов действует навстречу контактной разности потенциалов.
Это означает, что на полупроводник относительно металла подается отрицательный потенциал, благодаря чему все энергетические уровни полупроводника, в том числе и уровень Ферми, поднимаются на величину eU (где U — приложенная разность потенциалов). Такое смещение уровней (рис.
59, б) приводит к уменьшению потенциального барьера, который должны преодолеть электроны, идущие из полупроводника в металл. Он теперь становится равным
Уменьшение потенциального барьера φ приводит к резкому возрастанию числа электронов, переходящих из полупроводника в металл. В то же время потенциальный барьер на пути электронов, идущих из металла в полупроводник, сохраняет свою величину неизменной. Поэтому поток электронов из металла остается таким же, каким он был в отсутствие внешнего поля.
Таким образом, баланс токов, текущих через контакт, оказывается нарушенным: поток электронов из полупроводника в металл во много раз превышает встречный поток электронов из металла.
Нарушение баланса потоков приводит к появлению тока через контакт, направленного из металла в полупроводник, причем сила тока тем больше, чем больше разность потенциалов U, приложенная к контакту.
Благодаря тому что сопротивление объема полупроводника, и тем более металла, во много раз меньше сопротивления запорного слоя, приложенная разность потенциалов практически полностью падает на приконтактной области полупроводника.
Это приводит к уменьшению в приконтактной области разности потенциалов и напряженности поля, выталкивающего электроны из этой области в объем полупроводника.
Изгиб энергетических зон при этом, естественно, уменьшается, так же как уменьшается и протяженность области, обедненной основными носителями.
Говоря иными словами, приложение внешней разности потенциалов в рассматриваемом случае приводит не только к снижению потенциального барьера φ, но и к уменьшению толщины запорного слоя d0 и, следовательно, к уменьшению сопротивления контакта. Оба эти фактора способствуют увеличению силы тока, текущего через контакт.
В этом случае о внешней разности потенциалов говорят, что она приложена в прямом, или пропускном, направлении.
Действие внешней разности потенциалов в обратном направлении. Диаметрально противоположная картина наблюдается в исследуемом контакте, когда действия приложенной к нему внешней разности потенциалов и контактной разности потенциалов происходят в одном направлении. В этом случае говорят, что внешняя разность потенциалов приложена в обратном, или запорном, направлении.
Подведение такой разности потенциалов приводит к тому, что все энергетические уровни полупроводника, в том числе и уровень Ферми, теперь опускаются на величину eU (рис. 59, в) относительно положения, которое они имели в условиях равновесия. Высота потенциального барьера, препятствующего переходу электронов из полупроводника в металл, при этом увеличивается и становится равной
а интенсивность потока электронов, идущих из полупроводника в металл, уменьшается.
Поскольку потенциальный барьер на пути электронов, идущих из металла в полупроводник, при этом сохраняет свое значение неизменным, то баланс встречных потоков электронов через плоскость контакта нарушается: поток электронов, идущих из металла, будет больше встречного потока, благодаря чему через контакт начинает протекать ток, направленный от полупроводника к металлу.
Отметим, что нарушение равновесия встречных потоков электронов через контакт «металл — полупроводник» в случаях действия внешнего напряжения в прямом и запорном направлениях происходит по различным схемам. В первом случае равновесие нарушается из-за возрастания потока электронов, идущих из полупроводника в металл.
Ток, возникающий при этом в цепи, обусловлен преобладанием этого потока над встречным потоком электронов, остающимся таким же, как в отсутствие внешнего напряжения. Преобладание это тем больше, чем больше приложенная разность потенциалов.
Поэтому с повышением внешней разности потенциалов в определенных пределах возрастание тока оказывается практически неограниченным.
В случае же, когда внешнее напряжение действует в запорном направлении, равновесие электронных потоков нарушается из-за уменьшения потока электронов, идущих из полупроводника в металл.
Поэтому возникновение тока связано с тем, что поток электронов, идущих из металла в полупроводник, не компенсируется встречным потоком. При этом чем больше запорное напряжение, тем меньше компенсация.
Когда же высота потенциального барьера на пути электронов, идущих из полупроводника в металл, станет настолько большой, что переход электронов в металл практически прекращается, сила тока через контакт достигнет максимального значения.
Дальнейший рост запорного напряжения уже не вызывает увеличения силы тока. Это объясняется тем, что высота потенциального барьера на пути электронов, идущих из металла в полупроводник, не зависит от приложенного запорного напряжения.
Максимальный ток, проходящий через контакт в запорном направлении, называется током насыщения. Плотность тока насыщения обозначается через Is.
Нарастанию запорного тока препятствует еще то, что внешняя разность потенциалов, распределяясь в основном в припограничной области полупроводника, складывается с контактной разностью потенциалов, благодаря чему усиливается электрическое поле, выталкивающее основные носители — электроны — в глубь полупроводника. Это приводит к обеднению электронами более широкой приконтактной области полупроводника и, следовательно, к увеличению толщины запорного слоя и росту его сопротивления.
Вольт-амперная характеристика контакта «металл — полупроводник».
Несимметричность поведения контакта «металл — полупроводник» в отношении зависимости силы тока от внешнего напряжения иллюстрирует вольт-амперная характеристика такого контакта, ход которой приведен на рисунке 60.
Из рисунка видно, что рассматриваемый контакт обладает четко выраженной односторонней проводимостью: он неограниченно пропускает ток в прямом направлении и почти не пропускает в обратном.
Рис. 60
Омический контакт. Односторонней проводимостью обладают далеко не всякие контакты металла с полупроводником, а только те, при создании которых возникает запорный слой. Контакты, характеризующиеся образованием антизапорного слоя, лишены этого свойства.
Контакты, при образовании которых создаются антизапорные слои, нашли в радиотехнике и электронике не менее широкое использование для соединения различных устройств и приборов. Главное требование, предъявляемое к подсоединяющим контактам, заключается в том, чтобы они не искажали форму и характер сигнала.
Для этого необходимо, чтобы их вольт-амперная характеристика была линейной. Как раз этому требованию и удовлетворяют контакты с антизапорным слоем. Для них выполняется закон Ома, и они поэтому получили название омических. Типичная вольт-амперная характеристика омического контакта приведена на рисунке 61.
Рис. 61
Контакт между металлом и полупроводником
Контакт между металлом и полупроводником может быть омическим и выпрямляющим. Свойства контакта металла с полупроводником зависят от работы выхода электронов из металла в вакуум (Wвых_мет ) и из полупроводника в вакуум (Wвых_пп). Пример энергетической диаграммы металла и n-полупроводника, когда между ними нет контакта, приведен на рисунке 1.
Рисунок 1. Энергетические зоны металла и полупроводника n-типа
При возникновении контакта между этими материалами электроны переходят из материала с меньшей работой выхода в материал с большей работой выхода.
При контакте металла с электронным полупроводником при выполнении условия Wвых_мет < Wвых_n_пп электроны переходят из полупроводника в металл. В качестве примера может служить контакт золота Au и арсенида галлия GaAs.
Данная ситуация иллюстрируется энергетической диаграммой, приведенной на рисунке 2.
Рисунок 2. Энергетические диаграммы в зоне выпрямляющего контакта металла и n-полупроводника
Пример энергетической диаграммы металла и p-полупроводника, когда между ними нет контакта, приведен на рисунке 3.
Рисунок 3. Энергетические зоны металла и полупроводника p-типа
Если в электронном приборе реализован контакт металла с дырочным полупроводником и выполняется условие Wвых_мет < Wвых_p_пп, будет происходить переход электронов в полупроводник.
Рисунок 4. Энергетические диаграммы в зоне выпрямляющего контакта металла и p-полупроводника
И в том, и в другом описанном случае произойдет обеднение свободными носителями заряда области полупроводника в районе контакта на расстояние d. Обедненный слой обладает повышенным сопротивлением, которое может изменяться под воздействием внешнего напряжения. Такой контакт имеет нелинейную характеристику и является выпрямляющим. Он получил название контакт Шоттки.
Перенос зарядов в этих контактах осуществляется основными носителями, и в них отсутствуют явления инжекции, накопления и рассасывания зарядов. В результате выпрямляющие контакты металл-полупроводник обладают малой инерцией и применяются для создания диодов Шоттки, обладающих высоким быстродействием и малым временем переключения из открытого состояния в закрытое и наоборот.
Если при контакте металла с полупроводником выполняются условия Wвых_мет < Wвых_n_пп или Wвых_мет > Wвых_p_пп, то слой полупроводника возле контакта обогащается основными носителями заряда и его сопротивление будет мало при любой полярности внешнего напряжения.
Такой контакт имеет практически линейную характеристику. Его называют омическим контактом и используют для подключения выводов электронных приборов к токопроводящим линиям на поверхности полупроводникового кристалла. Энергетические диаграммы подобных контактов приведены на рисунках 5 и 6.
Рисунок 5. Энергетические диаграммы в зоне омического контакта металла и p-полупроводника Рисунок 6. Энергетические диаграммы в зоне омического контакта металла и n-полупроводника
Дата последнего обновления файла 28.09.2020
Понравился материал? Поделись с друзьями!
- Литература:
- Вместе со статьей «Контакт между металлом и полупроводником» читают:
- Полупроводники с электронной проводимостью https://digteh.ru/foe/nsemicond/
- Полупроводники с дырочной проводимостью https://digteh.ru/foe/psemicond/
- Дрейфовый ток https://digteh.ru/foe/dreif_i/
- Диффузионный ток https://digteh.ru/foe/diffuz_i/
Автор Микушин А. В. All rights reserved. 2001 … 2021
Предыдущие версии сайта: http://neic.nsk.su/~mavr
http://digital.sibsutis.ru/
Переход металл-полупроводник
В современных полупроводниковых приборах кроме электронно-дырочных переходов применяют также контакт между металлом и полупроводником.
Процессы в таких переходах зависят от работы выхода электронов, т.е. от той энергии, которую должен затратить электрон, чтобы выйти из металла или полупроводника. Чем меньше работа выхода, тем больше электронов может выйти из данного тела. В различных металлополупроводниковых переходах может возникать как выпрямляющий, так и невыпрямляющий переход.
Невыпрямляющий (омический) переход
Если в контакте металла с полупроводником n-типа (рис. 
работа выхода электронов из металла Ам меньше, чем работа выхода из полупроводника Аn, то будет преобладать выход электронов из металла в полупроводник.
В слое полупроводника около границы накапливаются основные носители (электроны), и этот слой становится обогащенным, т.е. в нем увеличивается концентрация электронов. Сопротивление этого слоя будет малым при любой полярности приложенного напряжения.
Такой переход не обладает выпрямляющим свойством. Его называют невыпрямляющим (омическим) контактом.
Рис. 8. Омический переход
Подобный же невыпрямляющий переход получается в контакте металла с полупроводником p-типа (рис. 8), если работа выхода электронов из полупроводника меньше, чем работа выхода из металла (АрАn, (рис. 9,а).
Электроны будут переходить главным образом из полупроводника в металл, и в приграничном слое полупроводника образуется область, обедненная основными носителями и имеющая большое сопротивление.
Кроме того, переход электронов приводит к появлению контактной разности потенциалов.
Если к переходу подключить внешнее напряжение, причем «минус» к полупроводнику, а «плюс» к металлу, то внешнее электрическое поле компенсирует внутреннее.
Потенциальный барьер уменьшается, а ток основных носителей (электронов) из n-области увеличивается — переход открыт.
При смене полярности («минус» к металлу, «плюс» к полупроводнику) внешнее электрическое поле суммируется с внутренним, потенциальный барьер увеличивается, и переход не пропускает ток — закрыт.
Таким образом, переход между металлом и полупроводником обладает вентильными свойствами. Его называют барьером Шоттки.
Аналогичные процессы имеют место при контакте металла с полупроводником p-типа, когда Ам0 кривые сдвигаются влево и вверх в связи с нарастанием собираемого компонента эмиттерного тока.
Рис. 14. Идеальные статические характеристики транзистора: а — входные; б — выходные
Выходные характеристики — это обратные ветви ВАХ диода, ток насыщения которого зависит от тока базы. Входной ток Iб в принципе может иметь не только положительную, но и небольшую отрицательную величину. Зависимость выходного тока коллектора от Iб обычно описывается следующим образом:
Коэффициент при токе Iб называется коэффициентом передачи базового тока. Довольно часто его называют также просто коэффициентом усиления транзистора. Обычно β>>1. Ток — нулевой ток коллектора в схеме, т. е.
ток при оборванной базе. Следует отметить, что режим работы транзистора с оборванной базой очень опасен из-за возможности пробоя, поэтому непосредственно ток не измеряют.
Минимально возможный ток коллектора будет получаться при отрицательном токе базы.
Контакты полупроводник – металл
Контакты полупроводник – металл
Контакты между полупроводником и металлом широко используются для формирования внешних выводов от полупроводниковых приборов (невыпрямляющие контакты) и создание быстродействующих диодов и транзисторов (выпрямляющие контакты).
Тип контакта полупроводник — металл (п/п — Ме) определяется работой выхода электронов из металла в полупроводник, типом проводимости полупроводника и концентрацией примесей в нем.
Сопутствующими факторами являются знак и плотность поверхностного заряда на границе раздела.
Выпрямляющий контакт характеризуется нелинейной ВАХ типа (4.100), следовательно прямое сопротивление контакта (при подаче прямого напряжения смещения) меньше обратного.
Для получения выпрямляющего контакта между металлом и полупроводником n–типа проводимости работа выхода электронов из металла, jм, должна быть больше, чем у полупроводника, jп, то есть разность работ выхода jмп=jм – jп должна быть больше нуля (jмп>0). Величину jмп называют контактной разностью потенциалов. В этом случае при образовании контакта часть электронов переходит из полупроводника в металл; в полупроводнике появляется обедненный слой, содержащий положительный заряд ионов доноров. В обедненном слое возникает электрическое поле, препятствующее диффузии электронов к контакту (рис. 4.11, а). В контакте металла с полупроводником p-типа работа выхода электронов из металла должна быть меньше, чем из полупроводника, то есть контактная разность потенциалов jмп
На зонных диаграммах рис. 4.11 изгиб зон вверх в полупроводнике n-типа (рис. 4.11, а) и вниз в полупроводнике p-типа (рис. 4.11, б) соответствует уменьшению концентрации основных носителей, образованию обедненных слоев и потенциальных барьеров jкn для электронов и jкp для дырок, переходящих из полупроводника в металл.
Потенциальный барьер в приконтактном слое называют барьером Шотки. Его высота jкn для электронов и jкp для дырок является аналогом величины jк в p-n переходе. В зависимости от полярности приложенного внешнего напряжения высота этого барьера и, соответственно, сопротивление приконтактного слоя будут меняться.
Теоретическая оценка высоты барьера jмп сложна; на практике используются экспериментальные величины jмп. Например, при контакте Al c n-Si высота барьера jмп=0,72 В, а при контакте Al c p-Si высота барьера jмп=0,58 В. Для других металлических покрытий (Au, Ag, Pt, W, PtSi, WSi) при контакте с Si или GaAs эта величина составляет 0,4…0,9 В.
Равновесная ширина l обедненного слоя контакта п/п – Ме, как и для резко несимметричного p-n перехода может быть рассчитана по формуле (4.5). Чем выше высота барьера, тем больше ширина обедненного слоя.
В зависимости от полярности приложенного внешнего напряжения высота барьера jкn для электронов и jкp для дырок со стороны полупроводника будут меняться. Соответственно, будет изменяться и сопротивление приконтактного слоя.
При этом подача отрицательного потенциала U на n-полупроводник или положительного – на p-полупроводник соответствует прямому напряжению на контакте п/п – Ме. Смена полярности приложенного напряжения соответствует включению обратного смещения.
Например, в контакте n-п/п – Ме при включении прямого напряжении U (плюсом к металлу, минусом к полупроводнику) уровень Ферми в металле, jFм, понижается относительно уровня Ферми в полупроводнике, jFn, на величину U, следовательно высота потенциального барьера, препятствующего переходу электронов из полупроводника в металл, уменьшается и становится равной jк – U. При включении обратного напряжения (минусом к металлу) уровень Ферми jFм повышается относительно jFn на величину U, поэтому высота потенциального барьера со стороны n-полупроводника увеличивается и становится равной jк +U. Величина контактной разности потенциалов jмп при этом остается неизменной.
Таким образом, контакты, показанные на рис. 4.10, обладают выпрямляющими свойствами и могут быть основой диодов. Диоды, использующие барьеры Шотки, называют диодами Шотки. ВАХ выпрямляющего контакта аппроксимируется уравнением, аналогичным (4.12):
- ,
- где 10-15 А/м2 – плотность тока насыщения (уравнение Ричардсона), B≈1,1∙106 A/(м∙K)2- коэффициент, φмп –высота барьера металл-полупроводник.
- Невыпрямляющий (омический) контакт используется практически во всех полупроводниковых приборах для формирования внешних выводов от полупроводниковых областей; для него характерны близкая к линейной ВАХ и малое сопротивление.
Для получения омического контакта межу металлом и полупроводником n- типа проводимости разность работ выхода jмп0 (т. е. jм>jп ). В первом случае электроны будут переходить из металла в полупроводник и зоны искривятся «вниз» (рис.
4.12, а), а во втором случае электроны будут переходить из полупроводника в металл и зоны искривятся «вверх» (рис. 4.12, б). В таких контактах вблизи границы в полупроводнике накапливаются основные носители, то есть получаются обогащенные зоны.
Наличие обогащенного слоя означает, что сопротивление контакта определяется нейтральным слоем полупроводника и, следовательно, не зависит ни от величины, ни от полярности приложенного напряжения. Иными словами, в этом случае потенциальные барьеры для движения носителей тока со стороны полупроводника и металла практически отсутствуют.
Следует еще раз подчеркнуть, что реально в полупроводниках электронного типа проводимости существует отрицательный поверхностный заряд (см. п. 2.4.3), плотность которого, отнесенная к заряду электрона, составляет от 1012…1016 м-2 (для кремния) до 1015 м-2 (для арсенида галлия).
Под действием этого заряда электроны выталкиваются из приповерхностного слоя полупроводника, что так же способствует образованию обеденного слоя.
Поэтому высота барьера jмп определяется не только разностью работ выхода, но и плотностью поверхностного заряда, а при очень высокой плотности поверхностного заряда (например, в арсениде галлия) практически не зависит от вида металла.
ПОИСК
Вольт-амперные характеристики полупроводников
[c.244] ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ ЭФФЕКТЫ — скачкообразный обратимый переход полупроводника (или полупроводниковой структуры) из высокоомного состояния в низкоомное под действием электрик, поля, превышающего пороговое значение п = Ю —Ю В/см, П. э.
наблюдаются в полупроводниках, у к-рых вольт-амперная характеристика (ВАХ) имеет участок с отрицательным дифференциальным сопротивлением. Такой характер ВАХ обусловлен формированием электрик, доменов (для ВАХ А-типа см. Ганна аффект, Ганна диод) или токовых шнуров (для ВАХ iS-типа см. Шнурование тока).
[c.
558]
Дальнейшее развитие теории Э. п, твёрдых диэлектриков и полупроводников основано на представлении о доменной неустойчивости.
В сильных электрич, полях вольт-амперная характеристика (ВАХ) может иметь S-образную форму, что приведёт к шнурованию тока, или Л -образную форму и это ведёт к образованию доменов сильного электрич. поля (см. /анна эффект).
[c.514]
Вольт-амперная характеристика контакта металл—полупроводник приведена на рис. 10.5.
[c.75]
Разработана автоматическая цифровая установка для измерения электрофизических характеристик полупроводников, облегчающая и ускоряющая измерения вольт-амперных характеристик и коэффициента Холла при разных условиях (разных температурах, магнитных полях и т. п.), позволяющая изменять один из параметров (например, ток через образец) по задаваемой программе и измерять в каждой точке характеристики 10 величин [112].
[c.149]
Конструкция, характеристики и основные параметры полупроводниковых вентилей определяются материалом полупроводника. Практически применяются четыре типа полупроводниковых вентилей медно-закисные, селеновые, германиевые и кремниевые. В силовых передачах используются в основном кремниевые вентили.
На локомотивах начинают широко применяться лавинные кремниевые вентили. Они имеют примерно такие же вольт-амперные характеристики, как и у обычных вентилей (см. рис, 127), однако при воздействии на них обратного напряжения, превышающего пробивное напряжение, происходит резкое увеличение обратного тока.
Лавинные вентили способны выдерживать без повреждений кратковременные большие обратные напряжения и рассеивают при пробое значительно большую мощность, чем обычные вентили.
При применении лавинных вентилей на локомотивах отпадает необходимость в специальных устройствах защиты от перенапряжения и сами вентили могут быть выбраны с меньшим запасом по напряжению.
[c.147]
| Рис. 55.Несимметричная вольт-амперная характеристика двух полупроводников |  |
При изменении напряжения с на — / ток в полупроводнике потечет в обратном направлении и будет изменяться по такому же закону (рис. 54) это значит, что полупроводник имеет симметричную вольт-амперную характеристику.
[c.93]
Если взять два полупроводника, находящихся в плотном контакте друг с другом, причем один из полупроводников обладает электропроводностью м-типа, а другой — р-типа, то такая система будет иметь несимметричную вольт-амперную характеристику (рис. 55).
При протекании тока в одном направлении система двух полупроводников будет обладать очень малым сопротивлением, а при протекании тока в обратном направлении — очень большим.
В системе двух полупроводников с различного типа электропроводностями ток, протекающий в разных направлениях, будет иметь разную величину. При этом прямой ток / р быстро возрастает с ростом приложенного напряжения.
Когда же к этой системе приложено напряжение —и, то вначале через эту систему ток обратного направления (/обр) практически не протекает. При повышении обратного напряжения появляется обратный ток очень небольшой величины.
[c.93]
При повышении напряжения, приложенного к полупроводнику, величина тока в нем возрастает значительно быстрее напряжения (рис. 91), 1. е. наблюдается нелинейная зависимость между током и напряжением.
Если при перемене напряжения на обратное (—11) изменение тока в полупроводнике имеет такой же характер, что и в обратном направлении, то такой полупроводник обладает симметричной вольт-амперной характеристикой.
В полупроводниковых выпрямителях подбором полупроводников с разного типа электропроводностью (р-типа и л-типа) добиваются несимметричной вольт-амперной характеристики (рис. 92). В результате этого при одной полуволне переменного напряжения полупроводниковый выпрямитель будет пропускать ток.
Это ток, протекающий в прямом направлении /пр, который быстро возрастает с повышение.м приложенного напряжения. При воздействии же второй полуволны напряжения система
[c.244]
Вольт-амперная характеристика р-п-перехода имеет тот же вид (рис. б.3,г), что и вольт-амперная характеристика контакта металл-полупроводник . Прямое смещение приводит к сильному
[c.169]
В 3 ВЫВОДЯТСЯ выражения, описывающие гетеропереход в модели Андерсона, и они иллюстрируются на примере гетеропереходов р — N, п — Р, р Р и ti — N. Влияние градиента состава иа энергетическую зонную диаграмму рассматривается в 4. Выражения, описывающие поведение вольт-емкостных и вольт-амперных характеристик, выводятся в 5.
Одним из наиболее важных свойств гетеропереходов является ограничение для носителей тока, создаваемое более широкозонным полупроводником. В 6 рассматриваются потенциальные барьеры, создающие ограничение для электронов и дырок, а также токи утечки через них. Экспериментальные результаты представлены в гл, 7.
[c.
220]
Рассмотрим так называемый чисто омический контакт, т. е. контакт металл — полупроводник, вольт-амперная характеристика которого линейна вне зависимости от полярности приложенного напряжения. Омический контакт обладает малым переходным сопротивлением.
[c.51]
Эффект У. у. в полупроводниках сверхзвуковым движением носителей тока объясняет загиб вольт-амперных характеристик полупроводников в сильном Е > с/ х) электрич. ноле. Когда скорость дрейфа носителей тока превысит скорость звука, происходит интенсивная генерация фоно нов и появившийся вследствие этого акустоэлектрич. ток (т. е.
постоянный ток, возникающий в полупроводниках нод действием звуковых волн) вычитается из стационарного тока носителей и результирующий ток через образец резко надает. При наличии достаточно сильного поперечного магнитного поля акустоэлектрич. ток генерируемых фононов и стационарный ток складываются и результирующий ток через образец увеличивается (подробнее см.
[5]).
[c.240]
В период с 1958 по 1968 г. С. Овшинский открыл и исследовал необычные свойства переключения у халькогенидных стекол. Переключением называют способность вещества обратимо переходить из одного состояния в другое под влиянием какого-либо внешнего воздействия.
Два рода переключения, существующие в халькогенидных стеклах, иллюстрирует рис. 11.15, где приведены вольт-амперные характеристики этих полупроводников. Рис. И.15,а соответствует так называемому пороговому переключению.
Приложение к стеклу напряжения выше порогового (Уп) приводит к скачку вольт-амперной характеристики с ветви 1 на ветвь 2, что соответствует увеличению проводимости полупроводника примерно в миллион раз (состояние включено ).
Если напряжение, приложенное к такому переключателю, находящемуся в проводящем состоянии, уменьшается до точки возврата, то стекло вновь переключается в состояние с малой проводимостью (ветвь /). Это соответствует состоянию выключено .
[c.370]
Устройство, построенное по этому принципу (рис. 55), состоит из четырех нелинейных сопротивлений НС, а также двух сумматоров См и БУмн, построенных на базе УПТ.
в качестве нелинейных элементов с вольт-амперными характеристиками / = AU могут быть взяты полупроводники типа Atmite, элементы из специальных материалов, например из метрозила, электронные лампы с регулируемым смещением на сетках и параллельно включенными сопротивлениями для регулировки крутизны характеристик, а также ряд полупроводниковых элементов.
Проведенное исследование вольт-амперных характеристик показало, что необходимые зависимости могут быть получены, например, на триодах, а также на некоторых пентодах, если использовать начальные участки их характеристик.
[c.148]
А. э. из полупроводников. Особенности А. э. из полупроводников связаны с H0 K. факторами 1) элект-рич. поле глубоко проникает в полупроводник, что приводит к смещению энергетич. зон, к изменению вблизи поверхности концентрации носителей заряда и их энергетич.
спектра 2) концентрация электронов во много раз меньше, чем в металле, что ограничивает величину /, и она сильно зависит от внеш. воздействий (темп-ра, освещение и др.) 3) поверхностные состояния носителей заряда могут сказываться на характеристиках А. э. 4) вольт-амперные характеристики и энергетич.
спектры автоалектронов отражают зонную структуру полупроводников 5) протекающий через полупроводник ток может приводить к перераспределению потенциала па нём, а также влиять на энергетич. спектр электронов. Все эти особенности привлекаются для объяснения наблюдаемых вольт-амперных характеристик и энергетич.
спектров автоэлектронов из нолуироводников.
[c.23]
Здесь 8 — диэлектричесжая проницаемость т — время жизни носителей заряда а — параметр данного кристалла Ип и Up—подвижности электронов н дырок. По величине Uk можно определить концентрацию уровней рекомбинации.
Интересно отметить, что в случае двойной ннжвкцин зависимость тока от расстоя-яня между электродами становится еще более сильной, чем при монополярной Очевидна необходимость изготовления весьма тонких образцов диэлектриков и полупроводников и соответственно совершенствования тонкопленочной технологии.
Биполярная инжекция может приводить и ко многим других вариантам вольт-амперных характеристик, отличающимся от приведенной на рис. 2.3,6. На особенности зависимости j(U) влияют глубина залегания уровней прилипания электронов и дырок, подвижность носителей заряда, а также эффективность их рекомбинации.
Очень большое значение имеют также качество и характер инжектирующих контактов.
[c.51]
Полупроводниковые вентили разных типов имеют вольт-амперную характеристику, показанную на рис. 7-5. В правой части характеристики дана зависимость прямого тока от напряжения в пропускном (прямом) направлении, соответствующем рис. 7-4,в. В левой части— зависимость обратного тока от напряжения в запирающем (обратном) направлении, соответствующем рис. 7-4,6.
Численные значения токов и напряжения изменяются в очень больших пределах в зависимости от свойств полупроводника. Кроме вольт-амперной характеристики, имеюг значение следующие величины допустимая плотность тока, коэффициент выпрямления (отношение прямого тока к обратному), к. п. д., допустимое обралюе напряжение, диапазон рабочих темпера-21 323
[c.
323]
Используя методику, приведенную выше, можно получить так- е и формулу (5-2-7), которая описывает выпрямляющую вольт-амперную характеристику контакта металл — полупроводник. Более подробную формулу, аналогичную формуле (5-2-33), можно получить, применяя методику, прцведепнук) ниже лри выводе формулц (5-3-34),
[c.334]
ВЯТСЯ похожими на характеристики металла (в связи с этнм его называют полуметаллом).
По мере увеличения концентрации примесей примесные уровни расширяются, и наступает такой момент, когда уровень у электронного полупроводника становится немного выше дна зоны проводимости, а уровень у дырочного полупроводника — немного ниже верха заполненной зоны. При этом вольт-амперная характеристика р-п перехода изменяется, как это показано на рис. 5-6-1,е, и в диапазоне на-
[c.378]
Устройство, состоящее из двух полупроводников различной проводимости, называется полупроводниковым диодом. Первый квадрант вольт-амперной характеристики полупроводникового неуправляемого диода (рнс. 41) характеризует работу диода в прямо.ч направлении при этом приложенное к диоду напрн >кение в прямом направлении 6 р = С , вызывает увеличение прямого тока / р через р —/1-переход. Третий квадрант характеризует работу диода в обратном направлении, когда прн изменении полярности напряжения питания иоо = Ь пт проводимость р — -перехода уменьщается и через него протекает обратный ток / бр. Обратный ток зависит от температуры окружающей среды и приложенного обратного напряжения. При достижении равенства обратного напряжения 11об, напряжению пробоя ищ.ой в р — / -переходе полупроводникового диода происходит увеличение выделяемой мощности. Это приводит к увеличению его температуры и повышению концентрации неосновных носителей, что вызывает резкое увеличение значения обратного тока /о-з и пробой диода. Значение максимального обратного напряжения диода О с.ср а, приведено в паспортных данных на полупроводниковые диоды оно составляет 60 % напряжения пробоя (Урроб при заданной температуре окружающей среды.
[c.53]
Граничный слой между двумя полупроводниками практически обладает односторонней проводимостью. ЗавЬсимость прямого и обратного тока от приложенного напряжения называется вольт-амперной характеристикой. Такая характеристика приводится на рис. 6.10 для кремниевого диода.
[c.169]
В случае контактов металл — полупроводник» присуютие поверхностных состояний существенно уменьшает роль разницы рабся выхода металла и полупроводника и влияет на форму вольт-амперных характеристик этих коитактов.
[c.183]
Диоды Гаииа имеют однородную полупроводниковую структуру (без перехода) с невыпрямляющими контактами выводов. Вольт-амперная характеристика диода Ганна, снятая на постоянном токе, в начальной части подобна характеристике обычного резистора. На СВЧ диод Ганна обладает отрицательным сопротивлением.
Появление отрицательного сопротивления на отдельных определенных частотах СВЧ диапазона обусловлено объемными эффектами, возникающими при высокой напряженности электрического поля в некоторых полупроводниковых материалах (арсенид галлия). Упомянутые эффекты были обнаружены в 1963 г. английским физиком Д.
Ганном, установившим, что при приложении электрического поля, превышающего некоторое критическое значение, к произвольно ориентированным однородным образцам с двумя омическими контактами во внешней цепи возникают колебания тока.
Период колебаний приближенно равнялся времени пролета электронов от катода к аноду, и для использованных Ганном образцов частота колебаний лежала в СВЧ диапазоне.
Полученные впоследствии объяснения этому эффекту говорят о том, что колебания в полупроводнике и отрицательное сопротивление диода определяются возбуждением носителей высоким напряжением, которые за счет возбуждения переходят из низколежащей долины зоны проводимости, где их подвижность велика, в обычно незаполненную долину, где их подвижность мала.
[c.93]
ГАННА эффект, генерация ВЧ колебаний электрич. тока в полупроводнике с Л -образной вольт-амперной характеристикой (рис. 1). г. э. обнаружен амер. физиком Дж. Ганном (J. Gunn [c.109]
Волът-амперная характеристика полупроводниковых приборов часто определяется малой областью объёма полупроводников, поэтому при концентрации механич. напряжений именно в этой области даже малое механич.
усилие создаёт значит, изменение высоты потенциального барьера для носителей, что приводит к изменению вольт-амперной хар-ки прибора. Полупроводниковые тензоэлементы служат чувствительными датчиками механич.
напряжений (>10 В/Н) и ускорений.
[c.744]
