2.4. Диоды Шоттки

     Для создания диодов Шоттки используется контакт металл — полупроводник. Теория, описывающая элек­трические характеристики таких контактов, была разра­ботана немецким ученым Шоттки, вследствие чего дио­ды и называют его именем.

    Рассмотрим энергетиче­скую диаграмму контакта полупроводника с метал­лом, термодинамическая ра­бота выхода электронов из которого больше, чем из полупроводника (A_м>A_п, рис.2.5). В этом случае поток электронов из полупро­водника в металл j_п в на­чальный момент времени больше, чем из металла в полупроводник j_м. Поэтому металл заряжается отрица­тельно, а полупроводник n- типа положительно и возни­кает контактная разность потенциалов , выравнива­ющая потоки j_п- и j_м и уров­ни Ферми в металле и по­лупроводнике. Контактная разность потенциалов, опре­деляемая, как обычно, =A_м-A_п, создает изгиб зон в приповерхностной области полупроводника. Вследствие этого концентрация электро­нов в приповерхностной области уменьшается и ее со­противление увеличивается. Слой с повышенным сопро­тивлением называется запирающим. Его ширина d опре­деляется так же, как и в случае несимметричного p-n- перехода.

     Для определения вольт-амперной характеристики контакта рассмотрим потоки электронов из металла в полупроводник и из полупроводника в металл. Плот­ность тока термоэлектронной эмиссии электронов из ме­талла в вакуум определяется формулой Ричардсона

j=AT² ехр (—A_м/kT),

где A=4pqm*k²/h³ — постоянная Ричардсона. Если рас­сматривать непосредственный контакт полупроводника и металла (рис.12,6), то для перехода электронов из металла в полупроводник им нужно преодолеть потенциальный барьер , поэтому j_м=AT² ехр (— /kT),

=A_м-c_п                                               

В состоянии равновесия j_м=j_п, поэтому j_п=АТ²ехр (— /kT).

Поскольку все внешнее напряжение падает на высокоомном запирающем слое полупроводника, то  со стороны металла, а соответственно и I_м, не зависят от V, а

j_п=AT² exp [-q ( - V)/kТ].

Рис.2.5. Энергетические диа­граммы металла и полупровод­ника (а), барьера Шоттки без смещения (б) и при прямом смещении (в)

                                                                 

В этом случае результирующий ток j=j_п—j_м можно за­писать так:

j=j_нас [exp (qV/kT) —1],                            

где j_нас= AT² ехр (— /kT).

При обратном смещении уровень Е_с полупроводника может опуститься ниже Е_F металла и электроны из ме­талла смогут туннелировать сквозь потенциальный барьер в зону проводимости полупроводника. Поэтому обратный ток через контакт металла с сильнолегирован­ным полупроводником (малое d) может оказаться боль­ше j_нас и увеличиваться с ростом напряжения.

     Диоды Шоттки отличаются тем, что их работа осно­вана на переносе основных носителей. При прямом смещении электроны из полупроводника переходят в ме­талл. Их энергия на  больше энергии электронов, в металле. Электроны из полупроводника быстро (при­мерно за 10^-12 с) теряют на соударениях свою избыточ­ную энергию и не могут возвратиться в полупроводник. В диодах Шоттки не происходит накопления заряда неосновных носителей (обусловливающего снижение бы­стродействия p-n-переходов), поэтому они особенно перспективны для применения в качестве сверхбыстро­действующих импульсных и высокочастотных диодов. Типичное время восстановления обратного сопротивле­ния диодов Шоттки на основе, например Au—Si, поряд­ка 10 пс и менее.

     Контакт металл — полупроводник может быть использован не только в качестве выпрямляющего контакта, но и для создания омического контакта. В этом случае значения работы выхода ме­талла и полупроводника должны быть по возможности близкими для того, чтобы высота барьера была минимальной. Тогда контакт будет иметь большую величину j_нас, а следовательно, малое зна­чение сопротивления при прямом и обратном смещении, что и тре­буется от омического контакта. Контакт с большим значением j_наc можно также использовать в качестве стабилизатора тока, так как при обратном смещении ток слабо зависит от напряжения.