443
Омические контакты. При изгибе зон вниз (рис. 2) при контактный слой имеет избыток электронов (антизапорный слой, обогащ╦нный слой). Ввиду повышенной проводимости ои не вносит заметный вклад в сопротивление длинного образна. Поэтому контакты с обогащ╦нным слоем могут служить омич, контактами в полупроводниковых приборах,
При больших плотностях тока омич. поведение контактов нарушается из-за монополярной штжекции электронов, напр., из металла в полупроводник (см. Инжекция носителей заряда в полупроводниках). Ин-жекция становится заметной, если плотность тока
j>,eDniRD, (1)
где п ≈ концентрация электронов основных носителей заряда в полупроводнике, D ≈ их коэф. диффузии, R р ≈ дебаевский радиус экранирования, е ≈ элементарный заряд, С ростом тока проводимость полупроводника вс╦ более опреде-ляется инжектированными электронами, рост концентрации к-рых ограничивается их объ╦мным зарядом (токи, ограниченные пространств, зарядом). В результате про-
Рис. 2. Контакт с обогащ╦нным (антизапорным) слоем.
водимость образца становится существенно нелинейной. Электрич. сопротивление омич. контакта с обогащ╦нным слоем увеличивается ири наличии диэлсктрич. прослойки Д между метал-лом и полупроводником ., окисла металла, рис. 3). Из-за туннельной проницаемости прослойки проводимость е╦ при малых толщинах (d^20≈30 А} становится пренебрежимо большой. В прослойке, а также на границе окисел≈полупроводник, как правило, возникают центры зах-
∙е,с вата носителей заряда, иоле к-рых наряду
∙F с полем контактной разности потенциалов управляет приконтактпым изгибом зон, существенно изменяя его величину, а иногда
А
I
Рис, 8. Контакт с обогащ╦нным слоем и диэлектрическим зазором.
и знак (см. МДП-структура.}. Это приводит к нестабильности и невоспроизводнмости омич. контактов метал л-иолупроводник.
Поэтому для создания омич. контактов часто предпочитают сильно легированные приконтактные области полупроводника, образующие с основным его объ╦мом
изотопный гомопереход, напр, л' ≈п Д (рис. 4), где переход образован сильно («""") и слабо (п) легированными областями. Такой переход обладает теми же свойствами, что и контакт металл ≈ полупроводник с антизапорным слоем. Свойства такого омич. контакта не зависят от изгиба зон непосредственно у металла.
Биполярные явления. Если в полупроводнике происходит генерация неосновных носителей, напр. дырок, или если они инжектируются в образец с помощью др. контакта, то возникают т. н. биполярные контактные явления. Контакты с обогащ╦нным слоем (рис. 2, 3, 4) обедняются дырками, ибо то электрич. поле, к-рое способствует обогащению электронами, выносит из слоя дырки. Электрич. поле тока в обогащ╦нном слое мало по сравнению с электрич. полем в объ╦ме. Поэтому ток дырок почти не проходит сквозь обогащ╦нный слой. Если направление тока электронов таково, что дырки в иоле этого тока движутся из объ╦ма к контакту, то
I
Рис. 4.
из-за неиропускания их слоем происходит их накопление перед контактом. Возникает т. н. аккумуляционный слой, обогащ╦нный дырками, в к-рый для их нейтрализации из обогащ╦нного слоя инжектируются электроны. С ростом плотности тока / через контакт толщина аккумуляционного слоя (ld=Dn/j) убывает, а концентрация дырок в н╦м быстро раст╦т. Когда она достигает и превосходит равновесную концентрацию электронов, сжатие аккумуляционного слоя сменяется его расширением до размера длины амби-полярной диффузии за время жизни носителей,
При противоположном направлении тока поле выносит дырки в толщу полупроводника. Возникает э к с-к л ю з и я ≈ удаление дырок от контакта; область эксклюзии простирается от контакта в глубь полупроводника на расстояние, растущее с ростом / и приближ╦нно совпадающее с длиной дрейфа электронов в ноле за время их жизни. Эксклюзия дырок сопровождается уходом такого же кол-ва электронов в контакт, так что область эксклюзии ≈ область обеднения носителями обоих знаков. Макс, обеднение и наиб, значение электрич. поля достигаются на границе с обогащ╦нным слоем, В образце с носителями обоих знаков, ограниченном с двух сторон омич, контактами для основных носителей, одновременно происходит эксклюзин у одного из контактов и аккумуляция у другого. При достаточно больших j область эксклюзии простирается на всю длину образца ≈ вплоть до аккумуляционного слоя у др. контакта. В случае фотогенерации неосновных носителей говорят о токовом выносе фотоносителей из образца на один из контактов.
Контакты с обедн╦нным слоем (рис. 1) в равновесном случае обогащены неосновными носителями (поле, к-рое вытесняет осн. носители, втягивает неосновные). При прохождении тока в обратном направлении происходит экстракция (извлечение, вытягивание} в контакт неосновных носителей из приконтактнои части образца, протяж╦нность к-рой определяется длиной диффузии неосновных носителей. Экстракция ≈ слаботоковое явление на обратной ветви ВАХ, тогда как эксклюзия ≈ сильнотоковый эффект. Эти эффекты смыкаются лишь в собственном полупроводнике. Экстракция неосновных носителей обратно смещ╦нным обедн╦нным слоем используется в коллекторах биполярных транзисторов.
Если через контакт с обогащ╦нным слоем пропускать ток в прямом направлении, происходит инжекция неосновных носителей из контакта. Заряд инжектированных носителей нейтрализуется зарядом осн. носителей, приходящих в область инжекции пз объема полупроводника или из др. контакта (напр., омич, контакта в диодах, базового контакта в транзисторах). При слабых токах область инжекпии простирается, как и область экстракции, примерно на длину диффузии неосновных носителей. С ростом / эта область растягивается за сч╦т дрейфа носителей в поле большого прямого рис. 5. Контакт Рис. ti. Контакт ТОКа, охватывая посте- с инверсионным с мсталлурги-пенно весь образец.
П
слоем (с
чсским р≈n-i реходом.
физи-
^ - ческим р≈-п-пе-Если экстракция неос- реходом).
новных носителей осуществляется любым обратно смещ╦нным контактом с обедн╦нным ими слоем, то эффективная их инжекция возможна лишь при высокой эмиссионной способности контакта. В случае контакта металл ≈ электронный полупроводник инжекция дырок достигается при столь большом изгибе зон вверх, что у металла валентная зона становится ближе к уровню Ферми £>, чем зона проводимости (рис. 5), т. е. там образуется инверсионный
Ш
3 X
х
о
447
