Файл: В зависимости от конкретной задачи к контакту различных материалов предъявляют определенные требования.docx
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 11.01.2024
Просмотров: 36
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Пусть между металлом и полупроводником, разделенными диэлектриком, задано напряжение U. (Рис. 1)
Очевидно, что в системе МДП протекание тока невозможно. Поэтому такая система равновесна и представляет собой конденсатор, у которого одна из обкладок полупроводник. На этой обкладке будет наведен такой же заряд, как и на металлической. Но в отличии от металла, заряд в полупроводнике не сосредотачивается на поверхности, а распространяется на некоторое расстояние в глубь кристалла.
Электрическое поле распределяется между диэлектриком и полупроводником. Поле в диэлектрике постоянное, а поле в полупроводнике непостоянное, т.к. заряд спадает от поверхности в глубь полупроводника.
Рис.1 Эффект поля в структуре металл-диэлектрик-полупроводник.
Знак заряда в полупроводнике зависит от полярности приложенного напряжения. При отрицательной полярности наведенный заряд положительный. В дырочном полупроводнике положительный заряд обусловлен дырками, которые притянулись к поверхности, а в электронном полупроводнике – ионами доноров, от которых оттолкнулись электроны, компенсировавшие их заряд. Т.о. в первом случае происходит обогащение, а во втором – обеднение приповерхностного слоя основными носителями заряда.
При положительной полярности напряжения, наоборот, в в электронном полупроводнике происходит обогащение приповерхностного слоя электронами - основными носителями заряд, а в дырочном – обеднение дырками и обнажение отрицательных акцепторных ионов.
Протяженность подвижных зарядов в обогащенном слое называется длиной Дебая,в протяженность неподвижных ионных зарядов – глубиной обедненного слоя. Обогащенные и обедненные слои оказываются тем тоньше, чем больше концентрация примеси, т.е. концентрация основных носителей заряда. Т.о., тонкие слои свойственны низкоомным полупроводникам, а толстые – высокоомным.
Если принять потенциал в объеме полупроводника равным нулю, то потенциал поверхности будет отличен от нуля благодаря наличию зарядов между объемом и поверхностью. Это обусловлено наличием поверхностных состояний, которые способны захватывать или отдавать электроны.
Учитывая, что электрическое поле распределяется между диэлектриком и полупроводником
, поле в диэлектрике возрастает при уменьшении его толщины. При этом может наступить пробой диэлектрика. Но даже в вакууме, где пробой невозможен, толщина диэлектрика не может быть бесконечно малой. При d ≤ 10 нм диэлектрик становится проницаемым для подвижных носителей заряда благодаря туннельному эффекту(туннельный эффект обусловлен волновой природой электрона – электрон может преодолеть потенциальный барьер не только при энергии, превышающей высоту барьера, но и при гораздо меньших энергиях, путем «просачивания» сквозь барьер, если он очень тонкий). При этом МДП структура перестает быть аналогом конденсатора: обмен носителями заряда через диэлектрик вызывает протекание тока, т.е. нарушается равновесие. Наличие тока приводит к уменьшению зарядов на обкладках конденсатора вплоть до их полного исчезновения при соприкосновении металла с полупроводником, т.е. в системе протекает обычный ток проводимости.
При больших значениях внешнего напряжения, приложенного к системе МДП, основные носители продолжают отталкиваться (обедненный слой расширяется). Одновременно к поверхности притягиваются неосновные носители заряда. Когда нарастающий заряд неосновных носителей превысит заряд оставшихся основных, изменится тип проводимости приповерхностного слоя, такой слой называется инверсионным слоем.