Metalli-pooljuhi kontakt (Schottky barjäär) Metalli-pooljuhi kontakt (Schottky barjäär) Metalli-pooljuhi kontakt (Schottky barjäär)

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "Metalli-pooljuhi kontakt (Schottky barjäär) Metalli-pooljuhi kontakt (Schottky barjäär) Metalli-pooljuhi kontakt (Schottky barjäär)"

Μακάριος Δασκαλοπούλου
6 χρόνια πριν
Προβολές:

eφ Metall e ( φ χ eχ n-pooljuht eφs Vaakui tase Mõnede etallide väljuistööd Φ elektroni väljuistöö etallist χ elektroni afiinsus pooljuhis, Φ s - elektroni väljuistöö pooljuhist Φ s = χ + ( E E F

1 eφ Metall e ( φ χ eχ n-pooljuht eφs Vaakui tase Mõnede etallide väljuistööd Φ elektroni väljuistöö etallist χ elektroni afiinsus pooljuhis, Φ s - elektroni väljuistöö pooljuhist Φ s = χ + ( E E F Mõnede pooljuhtide elektroni afiinsused Mis juhtub, kui e terilise tasakaalu tingiustes kontakteerie etalli ja 1 pooljuhi? 2 eφ Metall eχ n-pooljuht ev bi Vaakui tase Feri tase peab olea konstantne terilises tasakaalus ja vaakui tase peab olea pidev... eφ s 3 Vaakui tasee pidevuse tagaiseks peab siis pooljuhi Feri tase langea kontakti piirkonnas sügavaale keelutsooni. See tähendab, et osa elektrone liigub pooljuhist etalli. Metalli Feri taset need juurdetulevad elektronid ei häiri, kuna etallis on niigi elektrone väga palju. Kui siirde alalt elektronid liiguvad etalli, siis pooljuhi siirdealasse jäävad alles kopenseeriata ioniseeritud doonori aatoid ning tekib nn. tühjendatud (depletion ala. Schottky barjääri kõrguseks on pooljuhi juhtivustsooni ja etalli Feri tasee vahe: eφ Bn = eφ eχ 4 1

eφ Metall eχ eφ Bn n-pooljuht ev bi Vaakui tase eφ s = eφ eχ 5 eχ eφ ev bi p-tüüpi pooljuhi jaoks on vastavad avaldised: eφ Bp ev = E bi g ( eφ eχ = eφ eφ s Vaakui tase eφ s ev bi Elektronide jaoks,

2 eφ Metall eχ eφ Bn n-pooljuht ev bi Vaakui tase eφ s = eφ eχ 5 eχ eφ ev bi p-tüüpi pooljuhi jaoks on vastavad avaldised: eφ Bp ev = E bi g ( eφ eχ = eφ eφ s Vaakui tase eφ s ev bi Elektronide jaoks, is liiguvad pooljuhist etalli, eksisteerib barjäär, ida nietatakse siseiseks potentsiaaliks (built-in potential, = eφ eφ s 6 Mõnede etallide ja pooljuhtide Schottky barjääri kõrgused, Φ Bn (V EELISED: Lihtne valistada. Kiiread kui p-n dioodid! Ooilised kontaktid

3 Siirdeala paksus Pingestatud Schottky barjäär Kui Schottky barjääri kõrgus on teada, võie e arvutada elektrivälja profiili, siirdeala paksuse ja uud barjääri oadused. Schottky barjäär n-tüübilise pooljuhiga on analoogiline järsu p + -n siirdega (s.t. siirdeala ei ulatu etalli, ida vaatlesie p-n üleinekute juures. Sealt nägie, et W = 2ε s ( V V bi en N D doonorite kontsentratsioon V rakendatud väline pinge (positiivne päripinge korral D ev bi + e( V V - bi e ( V V bi - + Pigestaata barjäär Päripidiselt pingestatud barjäär (V>0 Vastupingestatud barjäär (V<0 9 alaldaine 10 Vool Schottky barjääris Peaine vooluehhanis Schottky barjääris on teriline elektronide suunduine etalli, kusjuures vaid need elektronid võtavad sellest osa, is suudavad ületada barjääri e(v bi -V Välise pingega on võialik selle barjääri kõrgust uuta. Eeldae, et elektronide jaotus pooljuhis allub Boltzanni jaotusele, siis barjääri e(v bi -V kõrgusest suurea energiaga elektronide arv on n th = n e( Vbi V kt oe Siin n o on elektronide tihedus neutraalses alas (pooljuhi sees ja see avaldub ( E EFs kt no = Ne Vool Schottky barjääris Tulles tagasi eie tsoonipildi juurde võib näha, et barjääri kõrgus etalli poolel on eφ ( E E Kobineerides nüüd kõik kol võrrandit, saae Bn n th = ev = N bi e + e( φ V kt Siis vool, is kulgeb pooljuhist etalli on võrdne kus on lihtsalt konstant J Bn Fs = e( φbn V kt s Ne N 11 on juhtivustsooni olekute efektiivne tihedus 12 3

4 Vool Schottky barjääris Terilises tasakaalus on elektronide voog pooljuhist etalli võrdne elektronide vooga etallist pooljuhti, seega J s = J s = N eφbn kt Kuna barjääri kõrgus etalli pool ei sõltu välisest pingest, siis elektronide voog etallist pooljuhti on alati saa ning sõltuatu välisest pingest. Koguvool seega J = J s J s = N e J = J s e e eφbn kt ev kt ( 1 ev kt ( e 1 Piirvoolu tihedus, J s alaldaine 13 Vool Schottky barjääris PN ja SBD dioodide võrdlus P-N diood ulatub suurea pingeni, kuna kaarduvad nii n- kui ka p- regioonid SBD-l on väikse barjäär etalli poolt ja seetõttu on vastuvool suure Schottky barjääril töötavas dioodis liigutatakse PÕHILISI laengukadjaid, seetõttu puudub SBD-l difusioonahtuvus. Järelikult on SBD KIIREM diood!!! 14 Vool Schottky barjääris p + n M tühine n-si doineeriv Vool Schottky barjääris Vastuvoolu võrdlus SBD ja p-n dioodide puhul: * 2 eφ Bn 5 SBD: J st = A T exp ~ 10 A/c kbt A * - Richardsoni konstant 2 I R-G Φ B I r-g pn diood: ed p J s = p n0 L p ednn + L n p 0 ~ A/c 2 põhiline tühine SBD voolu tuletuskäigu võib leida:

5 Pinnaolekute õju Schottky barjäärile Reaalses Schottky barjääris pole kunagi puhast pinda. Metalli ja pooljuhi vahel on kas õhuke oksiidikiht või eksisteerivad pooljuhi pinnal nn. pinnaolekud. Pinnaolekud haaravad elektrone ning seetõttu võivad pooljuhi tsoonid kaarduda negatiivse laengu õjul pinnal juba ila etalliga kontakteeruata. Juhul kui pinnaolekute tihedus on väga suur, siis Pinnaolekud kontakteeriine etalliga ei uudagi eriti tsoonide kõverust ning ka Feri nivoo jääb endisele taseele. Feri tase on siis hõivatud (pinned Kontaktid Materjal / Tingius n-tüüpi Metall Φ > Φ s p-tüüpi -Metall Φ < Φ s n-tüüpi - Metall Φ < Φ s p-tüüpi Metall Φ > Φ s Kontakti tüüp Barjäär Barjäär Ooiline Ooiline pinnaolekute poolt! Kontaktid Elektronid tunneleeruvad läbi üliõhukese siirdeala Kõige lihtsa on ooilist kontakti saavutada kasutades tunnelefekti Seega pinnakiht tuleb ülelegeerida! Schottky barjääri ahtuvus Mäletatavasti iga pinge uutusega kaasneb ka uus siirdeala paksus Suureneb (või väheneb ruulaeng Q = dq/dv = A qεn A /2(V bi V = Aε/W Sarnasus plaatkondensaatoriga!

-V eetod Schottky barjääri alalisvoolu juhtivus = A qεn A /2(V bi V N A J = A*T 2 exp( qφ Bp /kt [exp(qv/nkt 1] = J 0 [exp(qv/nkt 1] 2 = 2(V bi V/A 2 qεn A kaldest saae N A lõikuine x-teljega annab V

sin(ωt JUHTIVUS: Alalisvool: 1/R = I/V, Vahelduvvool: G = i/v Väike v: Juhtivus G on IV-kõvera tuletis Sügavad taseed E T E c Igat taset keelutsoonis iselooustab tea ajakonstant: τ = τ o exp( E T /

6 -V eetod Schottky barjääri alalisvoolu juhtivus = A qεn A /2(V bi V N A J = A*T 2 exp( qφ Bp /kt [exp(qv/nkt 1] = J 0 [exp(qv/nkt 1] 2 = 2(V bi V/A 2 qεn A kaldest saae N A lõikuine x-teljega annab V bi V bi Ühest I-V skaneeriisest saae vastuvoolu (J 0 ideaalsusfaktori, n Mõõtes erinevatel teperatuuridel T: barjääri kõrguse, φ Bp Schottky barjääri vahelduvvool V(t = V + v sin(ωt I(t = I + i sin(ωt JUHTIVUS: Alalisvool: 1/R = I/V, Vahelduvvool: G = i/v Väike v: Juhtivus G on IV-kõvera tuletis Sügavad taseed E T E c Igat taset keelutsoonis iselooustab tea ajakonstant: τ = τ o exp( E T / kt J = J 0 [exp(qv/nkt 1] G = G 0 exp(qv/nkt EI sõltu sagedusest Kaod: L = G/ω Kaonurga tangens: tanδ = G/ω E v Seega ida sügava on tase, seda suure on tea ajakonstant Mida suure on tea ajakonstant, seda adalaat sagedust on vaja, et tase reageeriks Kui tase reageerib, siis toiub läbi tea pidev laengukandjate vahetus tsoonide vahel- tal on MAHTUVUS

Sügavad taseed Sügavad taseed E T E c E v Seega õõtes siirde ahtuvust adalatel sagedustel saae: Siirde ahtuvus= adalate

ahtuvus Suurendae päripinget tsoonide kõverus väheneb liigub tsoonis allapoole Pingel V>V x on sügav tase täielikult

Väheneb ahtuvus ja suureneb 2 -V kõvera kalle suur ω väike ω 25 2 = 2(V bi V/A 2 qε(n A1 +N A2 26 Sageduse õju, G/ω tanδ =

7 Sügavad taseed Sügavad taseed E T E c E v Seega õõtes siirde ahtuvust adalatel sagedustel saae: Siirde ahtuvus= adalate taseete ahtuvus+ sügavate taseete ahtuvus Mõõtes siirde ahtuvust kõrgetel sagedustel saae: Siirde ahtuvus= adalate taseete ahtuvus Suurendae päripinget tsoonide kõverus väheneb liigub tsoonis allapoole Pingel V>V x on sügav tase täielikult ülalpool p õju kaob! Väheneb ahtuvus ja suureneb 2 -V kõvera kalle suur ω väike ω 25 2 = 2(V bi V/A 2 qε(n A1 +N A2 26 Sageduse õju, G/ω tanδ = G/ω Piirpinna olekud Piirpinna olekud- interface states Ainult adalad taseed: pole näha, G sõltuvustes pole näha, G sõltuvustes ja G suurenevad Lisaks ka sügavad taseed: Maksiu sagedusel : ω ax = 1 τ V Log(G-V G/ω, - ω 28 7

Piirpinna olekud Sõltuvused on saad nagu sügavate tsentrite korral! Adittance spectroscopy Adittance spectroscopy:, G, tanδ sageduse ω funktsioonina G/ω, - ω KUIDAS TEHA VAHET SIIS?

29 = R d2 d + R b2 b + ω 2 R d2 R b2 d b ( d + b (R d +R b 2 + ω 2 R d2 R b2 ( d + b R d +R b + ω 2 R d R b (R d d2 +R b b2 G = (R d +R b 2 + ω 2 R d2 R b2 ( d + b b- bulk, d- interface Me võie

8 Piirpinna olekud Sõltuvused on saad nagu sügavate tsentrite korral! Adittance spectroscopy Adittance spectroscopy:, G, tanδ sageduse ω funktsioonina G/ω, - ω KUIDAS TEHA VAHET SIIS? Mõõdae sõltuvusi erinevatel vastupingetel! Kui sõltuvused nihkuvad sageduse teljel, siis on tegeist piirpinna olekutega Sügavate taseete korral nihkuist ei toiu! 29 = R d2 d + R b2 b + ω 2 R d2 R b2 d b ( d + b (R d +R b 2 + ω 2 R d2 R b2 ( d + b R d +R b + ω 2 R d R b (R d d2 +R b b2 G = (R d +R b 2 + ω 2 R d2 R b2 ( d + b b- bulk, d- interface Me võie tõepoolest siuleerida sügavaid taseeid ekvivaletskeeide abil! (sellel pole küll ingit füüsikalist sisu!! Teatavasti võnkeringi kohta: τ = R 30 Adittance Spectroscopy Kaonurga tangens: Maksiui asukoht: 1/ω ax = R b b ( b + d R b ~ exp( E a /kt Pooljuhi takistus sõltub teperatuurist Adittance Spectroscopy ole-ole Plots R ω=0 d R d ω=00 b R b b = geo = εa/d ( plaatkondensaator ole-ole plot on G/ω vs. Siis saae e pooljuhi takistuse aktivatsiooni energia õõtes tanδ Võib leida pooljuhi ε (kui e teae siirde pindala ja paksust sõltuvust!

9 Adittance spectroscopy Adittance spectroscopy Põhivaleid Näivjuhtivus- adittance ω t Defektitaseest põhjustatud ahtuvuse järsk uutus Y = G + iω Elektrijuhtivus- conductance Mahtuvus- capacitance Adittance spectroscopy Adittance spectroscopy (F ( bias = 0 V ω (s -1 T 35 G/ω-G 0 /ω ( bias = 0 V ax T f (Hz ω ( T = 2N v σ exp( E / kt = 2χ T, V th n, p T spektris järsk langus G spektris aksiu 0 2 exp( E T / kt 36 9

10 ax ω/t 2 (s -1 K E a G = ± 7.7 ev bias = -1 V E G a = ± 1.5 ev bias = 0 V Piirpinna olekute aktivatsioonienergia, s.o. Feri nivoo asukoht piirpinnal /T (K

Σχετικά έγγραφα

Lokaalsed ekstreemumid

Lokaalsed ekstreemumid Öeldakse, et funktsioonil f (x) on punktis x lokaalne maksimum, kui leidub selline positiivne arv δ, et 0 < Δx < δ Δy 0. Öeldakse, et funktsioonil f (x) on punktis x lokaalne miinimum,