Вольт-амперная характеристика идеального диода Шотки

Перенос заряда через контакт металл-полупроводник осуществляется преимущественно основными носителями заряда в отличие от pn переходов, где электрический ток обусловлен главным образом неосновными носителями. Можно выделить четыре главных механизма токопрохождения через контакт металл-полупроводник  (рис.3):

1.    надбарьерный перенос, или термоэлектронная эмиссия;

2.      туннелирование электронов сквозь барьер, образованный вследствие изгиба зон;

3.      рекомбинация-генерация носителей заряда в запорном слое;

4.      инжекция дырок из металла в полупроводник.

Наиболее важен первый процесс. Диоды, в которых перенос заряда через контакт осуществляется только за счет термоэлектронной эмиссии, будем называть идеальными диодами Шотки. Как показывает опыт, этот механизм доминирует в полупроводниках с высокой подвижностью носителей заряда (например, в Ge, Si, GaAs). Влияние остальных механизмов сводится к отклонению ВАХ от идеального поведения, о чем будет сказано позже.

Рассмотрим ВАХ идеального диода Шотки.

Прохождение электронов через контакт металл-полупроводник можно разделить на два этапа. На первом этапе электроны движутся из объема полупроводника к поверхности через обедненную область. Это движение происходит вследствие диффузии и дрейфа в электрическом поле контакта. Второй этап заключается в эмиссии электронов через границу раздела из полупроводника в металл. Энергия эмитированных электронов превышает уровень Ферми в металле на высоту барьера, т.е. эти электроны являются “горячими”. “Горячие” электроны отдают затем свою энергию решетке при столкновениях. Поскольку этапы следуют друг за другом, ток через контакт определяется тем из них, который оказывает большее сопротивление потоку электронов. Согласно диффузионной теории ВАХ ток через контакт определяет первый этап, согласно диодной теории — второй [1,2].

Диодная теория достаточно точно описывает ВАХ диодов Шотки для невырожденных полупроводников, обладающих высокой подвижностью электронов, таких как Ge, Si, и GaAs, в интервале полей 104 — 105 В/см. Поэтому ограничимся рассмотрением только этой теории.

       В диодной теории пренебрегается эффектами диффузии и дрейфа в обедненной области, что равнозначно предположению о бесконечной подвижности электронов. Кроме того, предполагается, что отсутствует отражение эмитируемых в металл электронов обратно  в полупроводник вследствие их рассеяния на колебаниях решетки.

            Классическая диодная теория приводит к следующему выражению для ВАХ

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector