Переход Шоттки

Переход Шоттки

1) Образование перехода Шоттки

2) Прямое и обратное включение диодов Шоттки

1) Образование перехода Шоттки. Переход Шоттки возникает на границе раздела ме- талла и полупроводника n-типа, причём металл должен иметь работу выхода электрона

большую, чем полупроводник.

При контакте двух материалов с разной работой выхода электронов электрон проходит из ма- териала с меньшей работой выхода в материал с большей работой выхода, и ни при каких условиях - наоборот. Электроны из приграничного слоя полупроводника переходят в металл, а на их месте остаются некомпенсированные положительные заряды ионов донорной примеси. В металле большое количество свободных электронов, и, следовательно, на границе металл- полупроводник возникает электрическое поле и потенциальный барьер. Возникшее поле будет тормозящим для электронов полупроводника и будет отбрасывать их от границы раздела. Гра- ница раздела металла и полупроводника со слоем положительных зарядов ионов донорной примеси называется переходом Шоттки (открыт в 1934 году).

2) Прямое и обратное включение диодов Шоттки.

Если приложить внешнее напряжение плюсом на металл, а минусом на полупроводник, возникает внешнее электрическое поле, направленное навстречу полю перехода Шоттки.

Это внешнее поле компенсирует поле перехода Шоттки и будет являться ускоряющим для электронов полупроводника. Электроны будут переходить из полупроводника в металл, образуя сравнительно большой прямой ток. Такое включение называется прямым.

При подаче минуса на металл, а плюса на полупроводник возникает внешнее электриче- ское поле, сонаправленное с полем перехода Шоттки. Оба этих поля будут тормозящими

для электронов полупроводника, и будут отбрасывать их от границы раздела. Оба этих поля будут ускоряющими для электронов металла, но они через границу раздела не прой- дут, так как у металла больше работа выхода электрона. Такое включение перехода Шотт- ки называется обратным.

Обратный ток через переход Шоттки будет полностью отсутствовать, так как в металле не су- ществует неосновных носителей зарядов.

Достоинства перехода Шоттки:

- отсутствие обратного тока;

- переход Шоттки может работать на СВЧ;

- высокое быстродействие при переключении из прямого состояния в обратное и наоборот.

Недостаток – стоимость. В качестве металла обычно применяют золото.

Некоторые эффекты полупроводника

1) Туннельный эффект

2) Эффект Ганна

3) Эффект Холла

1) Туннельный эффект. Туннельный эффект (открыт в 1958 году в Японии ЛЕО ЭСАКИ )

проявляется на p-n переходе в вырожденных полупроводниках.

Вырожденный полупроводник – это полупроводник с очень высокой концентрацией донор-

ной или акцепторной примеси. (Концентрация – 1024 атомов примеси на 1 куб. см. полупровод- ника).

В вырожденных полупроводниках очень тонкий p-n переход: его ширина составляет сотые доли микрона, а напряжённость внутреннего поля p-n перехода составляет Ep-n ≈ 108 B/м, что обеспечивает очень высокий потенциальный барьер. Основные носители заряда не могут преодолеть этот потенциальный барьер, но за счёт малой его ширины как бы механически пробивают в нём туннели, через которые проходят другие носители зарядов.

Следовательно, свойство односторонней проводимости на p-n переходе при туннельном эф- фекте отсутствует, а ток через p-n переход будет иметь три составляющие:

I = Iт.пр. – Iт.обр. + Iпр.,

где Iт.пр. – прямой туннельный ток, за счёт прохождения зарядов через туннели при прямом включении;

Iт.обр. – обратный туннельный ток, тот же самый, что и прямой, но при обратном включении; Iпр. – прямой ток проводимости. Вызван носителями заряда, преодолевающими потенциаль- ный барьер при относительно высоком прямом напряжении.

Вольт - амперная характеристика p-n перехода при туннельном эффекте будет иметь вид, изобаражённый на рисунке 23.

На участке АВ прямой тоннельный ток уменьшается за счёт снижения потенциального барье- ра и в точке В он становится равным нулю, а ток проводимости незначительно возрастает. За счёт этого общий ток на участке АВ уменьшается. Особенностью тоннельного эффекта являет- ся то, что на участке АВ характеристики имеет место отрицательное динамическое сопротив- ление.

Ri = DU = Uв - Uа

DI Iв - Iа

Туннельный эффект применяется в туннельных диодах, которые используются в схемах гене- раторов гармонических колебаний и как маломощные бесконтактные переключающие устрой- ства.

2)Эффект ГАННА

Эффект Ганна проявляется в полупроводниках n-типа проводимости в сильных электрических полях.

Участок ОА – линейный участок, на котором соблюдается закон Ома. Участок АВ – при срав- нительно больших напряжённостях электрического поля уменьшается подвижность электро- нов (показывает, как легко электроны проходят сквозь кристаллическую решётку проводника) за счёт увеличения амплитуд колебания атомов в узлах кристаллической решётки. И за счёт этого рост тока замедляется. Участок ВС – сильное уменьшение подвижности электронов, что приводит к уменьшению тока. Участок CD – при очень больших напряжённостях значительно увеличивается генерация носителей зарядов и, хотя подвижность электронов уменьшается, ток возрастает за счёт увеличения количества зарядов.

Сущность эффекта Гана состоит в том, что если в полупроводнике создать напряжённость электрического поля, большую Екр, но меньшую Епор, т. е. на участке ВС характеристики, то в полупроводнике возникнут электрические колебания сверхвысокой частоты (СВЧ).

Эффект Гана применяется в диодах Гана, которые используются как маломощные генераторы

СВЧ.

3) Эффект Холла

Эффект Холла проявляется в полупроводниках n-типа проводимости с протекающими через

них токами и помещёнными в магнитное поле.

На движущиеся электроны в полупроводнике будет действовать сила Лоренца F, под действи- ем которой электроны будут отклоняться к дальнему краю пластинки (смотри рисунок 25), следовательно, там будет сгущение электронов, а около переднего края – недостаток их. Поэтому между этими краями возникнет ЭДС, которая называется ЭДС Холла.

Эффект Холла применяется в магнитометрических датчиках.