2.3. Электронно-дырочный переход при обратном напряжении

Пусть источник внешнего напряжения подключен положительным полюсом к области п, а отрицательным — к области р (рис. 2.3,а). Под действием такого обратного напряжения U_обр через переход протекает очень небольшой обратный ток I_о6p≈I_S. Поле, создаваемое обратным напряжением, складывается с полем контактной разности потенциалов. На рис. 2.3,а это показывают одинаковые направления векторов Е_к и Е_обр. Результирующее поле усиливается, и высота потенциального барьера теперь равна φ₀ + U_обр (рис. 2.3,б). Уже при небольшом повышении барьера диффузи­онное 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 р-n-переход из p- и n-областей. Выведение неосновных носителей через р-n-переход уско­ряющим электрическим полем, созданным обратным напряжением, называют экс­тракцией носителей заряда.

Рие. 2.3. Электронно-дырочный переход при обратном напряжении

Таким образом, обратный ток I_о6p представляет собой ток проводимости, вызванный перемещением основных носителей. Обратный ток получается очень небольшим, так как сопротивление запирающего слоя при обратном напряжении очень велико. 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. R_обр » R_пр.

Уже при сравнительно небольшом обратном напряжении обратный ток становится практически постоянным (поэтому I_S иногда называют обратным током насыщения). 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 твердотельных приборах помимо контактов с электрон­но-дырочным переходом применяются также контакты между металлом и по­лупроводником. Процессы в таких переходах зависят от работы выхода электронов, т.е. от той энергии, которую должен затратить электрон, чтобы выйти из металла или полупроводника.

Если в контакте металла с полупроводником n-типа (рис. 2.4.а) работа вы­хода электронов из металла Ф_м меньше, чем работа выхода из полупроводника Ф_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. имеющим уве­личенную концентрацию 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, если работа выхода электронов из полупроводника меньше, чем из металла (Ф_П < Ф_м). Оба типа невыпрямляющих контактов широко используются в полупроводниковых приборах при устройстве выводов от п- и р-областей.

Рис. 2.4. Контакт металла (М) с полупроводником

Иные свойства имеет переход, показанный на рис. 2.4,б. Если в контакте ме­талла с полупроводником п-типа Ф_п < Ф_м, то элект­роны будут переходить главным образом из полу-проводника 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 (рис. 2.4,в). 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 являются инерционными процес­сами, т.е. требуют времени.