ЭЛЕКТРОННО-ДЫРОЧНЫЙ ПЕРЕХОД ПРИ ОБРАТНОМ НАПРЯЖЕНИИ

Пусть источник внешнего напряжения подключен положительным полюсом к области п, а отрицательным — к области р (рис. 2.4, я). Под действием такого обратного напряжения и_обр через переход протекает очень небольшой обратный ток i_обр, что объясняется следующим образом. Поле, создаваемое обратным напряжением, складывается с полем контактной разности потенциалов. На рис. 2.4, а это показывают одинаковые направления векторов Е_к и Е_обр. Результирующее поле усиливается, и высота потенциального барьера теперь равна и_к + u_обр (рис. 2.4, б). Уже при небольшом повышении барьера диффу-зионное перемещение основных носителей через переход прекращается, т. е. i_диф = 0, так как собственные скорости носителей недостаточны для преодоле­ния барьера. А ток проводимости остается почти неизменным, поскольку он определяется главным образом числом неосновных носителей, попадающих на п — р-переход из п- и р-об-ластей. Выведение неосновных носителей через и—р-переход ускоряющим электри­ческим полем, созданным обратным напряжением, называют экстракцией носителей заряда (слово «экстракция» означает «выдергивание, извлечение»).

Таким образом, обратный ток i_o6p представляет собой ток проводимости, вызванный перемещением неосновных носителей. Обратный ток получается очень небольшим, так как неосновных носителей мало и, кроме того, сопротивление запирающего слоя при обратном напряжении очень велико. Действительно, при повышении обратного на­пряжения поле в месте перехода становится сильнее и под действием этого поля больше основных носителей «выталкивается» из пограничных слоев в глубь п- и р-областей. Поэтому с увеличением обратного напряжения уве­личивается не только высота потенциального барьера, но и толщина запирающего слоя (d_o6p > d). Этот слой еще сильнее обедняется носителями, и его сопротивление значительно возрастает, т. е.

Уже при сравнительно небольшом обратном напряжении обратный ток становится практически постоянным. Это объясняется тем, что число неосновных носителей ограничено. С повышением температуры концентрация их возрастает, и обратный ток увеличивается, а обратное сопротивление уменьшается.

2.4. ПЕРЕХОД МЕТАЛЛ – ПОЛУПРОВОДНИК

В современных полупроводниковых приборах помимо контактов с элек
ронно-дырочным переходом применяются также контакты между металлом
и полупроводником. Процессы в таких переходах зависят от так называемой 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. Рассмотрим процессы в различных метал-лополупроводниковых переходах (рис. 2.5).

Если в контакте металла с полупроводником n-типа (рис. 2.5, а) работа выхода электронов из металла А_м меньше, чем работа выхода из полупроводника А_п, то будет преобладать выход электронов из металла в полупроводник. Поэтому 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, и, следовательно, такой переход не обладает выпрямляющими свойствами. Его называют невыпрямляющим (омическим) контактом.

Подобный же невыпрямляющий переход получается в контакте металла с полупроводником р-типа (рис. 2.5,6), если работа выхода электронов из полупроводника меньше, чем из металла (А_п < А_м). В этом случае из полупроводника в металл уходит больше электронов, чем в обратном направлении, и в приграничном слое полупроводника также образуется область, обогащенная основными носителями (дырками), имеющая малое сопротивление. Оба типа невыпрямляющих контактов широко используются в полупроводниковых приборах при устройстве выводов от п- и р-областей. Для этой цели подбираются соответствующие металлы.

Иные свойства имеет переход, показанный на рис. 2.5, в. Если в контакте металла с полупроводником n-типа А_п < А_м> то электроны будут переходить главным образом из полупроводника в металл и в приграничном слое полупроводника образуется область, обедненная основными носителями и поэтому имеющая большое сопротивление. Здесь создается сравнительно высокий потенциальный барьер, высота которого будет существенно изменяться в зависимости от полярности приложенного напряжения. Такой переход обладает выпрямляющими свойствами. Подобные переходы в свое время исследовал немецкий ученый В. Шотки, и поэтому потенциальный барьер, возникающий в данном случае, называют барьером Шотки, а диоды с этим барьером — диодами Шотки. В диодах Шотки (в металле, куда приходят электроны из полупроводника) отсутствуют процессы накопления и рассасывания зарядов неосновных но­сителей, характерные для электронно-дырочных переходов. Поэтому диоды Шотки обладают значительно более высоким быстродействием, нежели обычные диоды, так как накопление и рассасывание зарядов - процессы инерционные, т. е. требуют времени.

Аналогичные выпрямляющие свойства имеет контакт металла с полупроводником типа р при А_м < А_п.