При соприкосновении двух тел с разными работами выхода электроны из тела с меньшей работой выхода переходят в тело с большей работой выхода, так что первое тело заряжается положительно, а второе – отрицательно. Возникшая разность потенциалов называется контактной.
Рассмотрим с этой точки зрения контакт между металлом и полупроводником n-типа, причём примем, что работа выхода Ам электронов из металла больше работы выхода Аn электронов из полупроводника (случай возникновения запорного слоя).
На рис.6.1а изображены металл и полупроводник в первый момент соприкосновения.
После образования контакта благодаря тепловому движению будет происходить обмен электронами между металлом и полупроводником. Из-за выполнения условия Ам > An преимущественно будут переходить электроны из электронного полупроводника в металл, пока не выровняются их уровни химического потенциала (mм=mn), то есть не установится равновесие. При этом высота потенциального барьера со стороны полупроводника с точностью до множителя е (заряд электрона) равна контактной разности потенциалов jо. В приконтактной области полупроводника, обеднённой электронами, создаётся объёмный положительный заряд, который представляет собой нескомпенсированный заряд ионизированных донорных примесей. Область пространственного заряда, в отличие от металла, имеет в полупроводнике значительную ширину (рис.6.1б), зависящую от
| Рис.6.1. Образование потенциального барьера в контакте металл–полупроводник n-типа:
а – энергетические уровни в первый момент времени,
б – после установления равновесия.
|
| Рис.6.2. Выпрямляющее свойство контакта металла с полупроводником:
а – равновесное состояние,
б – прямое смещение контакта,
в – обратное смещение контакта.
|
концентрации легирующей примеси.
Ясно, чем больше концентрация примесей, тем в более тонком слое располагается объёмный положительный заряд. Область обеднения получила название запорного слоя, и он обуславливает выпрямляющие свойства контакта металл–полупроводник. На рис.6.2 показано влияние подключения внешнего напряжения U той или другой полярности на запорный слой.
Если на металл приходится положительный потенциал внешнего напряжения U, а на полупроводник – отрицательный, то потенциальный барьер для электронов полупроводника понижается на величину еU. Поэтому переход электронов из полупроводника в металл облегчается. Со стороны же металла высота барьера остаётся неизменной. Отсюда результирующий поток электронов направлен от полупроводника к металлу. Это случай прямого смещения, когда область обеднения сужается, и сопротивление контакта уменьшается (рис.6.2б).
При противоположном подключении внешнего напряжения U высота потенциального барьера со стороны полупроводника увеличивается на величину еU. Вследствие этого поток электронов из полупроводника в металл уменьшается, а из металла остаётся прежним. Таким образом, наблюдается результирующий поток электронов из металла в полупроводник. Однако ток, обусловленный этим потоком электронов, вследствие очень высокого сопротивления запорного слоя, расширившегося под влиянием внешнего поля, очень мал.
Расчёт даёт следующее выражение для тока контакта:
, (6.1)
где А – коэффициент, зависящий от концентрации носителей в полупроводнике и площади контакта
Знак «+» при U соответствует прямому смещению, знак «-» – обратному.
Значение jо можно найти, если провести исследование вольт-амперной характеристики контакта вблизи U =0 при разных температурах. Действительно, продифференцировав равенство (6.1) по U, найдём проводимость контакта 
при нулевом смещении
,
откуда
.
Так как зависимость Ro от температуры задаётся практически показательным множителем, то с достаточным приближением можно написать:
или
. (6.2)
Измеряя на опыте Ro при разных Т и строя зависимость ln Ro от 1/Т, получим прямую линию. Угловой коэффициент этой прямой
характеризует контактную разность потенциалов
.
