2.9.      Контакт металла с полупроводником

При идеальном контакте металла с полупроводником происходит диффузия электронов преимуще­ственно из материала с меньшей работой выхода электронов в материал с большей работой выхода. Под работой выхода элек­тронов будем понимать энергию, необходимую для перевода электрона с уровня Ферми на потолок верхней свободной зоны.

В результате диффузии электронов и перераспределения заря­дов нарушается электрическая нейтральность прилегающих к границе раздела областей, возникает контактное электрическое поле и контактная разность потенциалов:

,

где  и  – работа выхода электронов соответственно из ме­талла и из полупроводника.

Контактное электрическое поле на переходе металл-полупроводник сосредо­точено практически только в полупроводнике, так как концентра­ция носителей заряда в металле значительно больше концентра­ции носителей заряда в полупроводнике (рис. 2.13). Перераспределение электронов в металле происходит в очень тонком слое, сравнимом с межатомным расстоянием.

В зависимости от типа электропроводности полупроводника и от соотношения работ выхода в полупроводнике может возникать обедненный, инверсный или обогащенный слой (рис. 2.13). Если работа выхода в металле меньше работы выхода в полупроводнике (<), то электроны с большей вероятностью будут пере­ходить из металла в полупроводник. Это приводит к образованию в полупроводнике обедненного слоя, если полупроводник р-типа (рис. 2.13, а), или даже инверсного слоя, если << (рис. 2.13, б). Если полупроводник n-типа, то образуется обогащенный слой (рис. 2.13, в).

При противоположном соотношении работ выхода (>) в полупроводнике n-типа получается обедненный или инверсный слой, а в дырочном – обогащенный.

В обедненных слоях пространственный заряд формируется в результате нарушения компенсации заряда ионизированных при­месей основными носителями, а в обогащенных – из-за накопле­ния основных носителей заряда. Обогащенный слой обусловли­вает малое сопротивление приконтактной области полупроводни­ка, по сравнению с со

противлением объема полупроводника. По­этому такой переход не обладает выпрямляющими свойствами. При наличии обедненного или инверсного слоя переход металл-полупроводник обладает выпрямляющими свойствами, так как внешнее напря­жение, падая в основном на высокоомном переходе, будет изме­нять высоту его потенциального барьера, изменяя условия про­хождения носителей заряда через переход.

Выпрямляющие переходы металл-полупроводник называют переходами Шотки, по имени немецкого ученого В. Шотки, который первым получил основные математические соотношения для электрических характеристик переходов.