ELEKTRONIKA
ELEKTRONIKA
wykład 2  PÓA
PRZEWODNIKI, ZA

CZE P-N
paz
dziernik 2008 - Lublin
PODZIAA
MATERIAA
ÓW
Podział ze względu na przewodzenie prądu:
IZOLATORY
PÓA
PRZEWODNIKI
PRZEWODNIKI
PÓA
PRZEWODNIKI
5 6 7
B C N
Si, Ge, C (IV grupa)
Bor Węgiel Azot
2.34 2.62 1.251
13 14 15
Krzem i german
Al Si
P
Domieszki typu p:
Aluminium Krzem Fosfor
2.70 2.33 1.82
B, Ga, In
31 32 33
Domieszki typu n:
As
Ga Ge
P, As
Gal German Arsen
5.91 5.32 5.72
ZWI
ZKI PÓA
PRZEWODNIKOWE
5 6 7
AIVBIV:
B C N
SiGe, SiC, SiGeC
Bor Węgiel Azot
2.34 2.62 1.251
AIIIBV:
13 14 15
GaAs, InP, GaAsP
Al Si
P
Azotki:
Aluminium Krzem Fosfor
2.70 2.33 1.82
GaN, AlN, InN, GaAlN
31 32 33
AIIBVI:
As
CdSe, HgTe, HgCdTe
Ga Ge
Gal German Arsen
5.91 5.32 5.72
MODEL ATOMU
Krzem 14Si ma 14 elektronów
Powłoka K L M
Liczba kwantowa główna n 1 2 3
Liczba elektronów na powłoce 2 8 4
Dozwolona liczba
elektronów na powłoce 2 8 8
Stan powłoki
zapełniona
zapełniona
nie zapełniona
MODEL ATOMU BOHRA
E  całkowita energia elektronu
Z  liczba atomowa pierwiastka (dla krzemu Z=14)
Z e4me
e  Å‚adunek elementarny (1,6" 10-19 C)
E=
me  masa elektronu (1,78" 10-31 kg)
n  numer orbity
8n2 h2ÏÄ…2
0
h  stała Plancka (6,625" 10-34 J" s)
µ0  przenikalność elektryczna próżni
E
(8,854" 10-12 F/m)
pasmo dozwolone
pasmo zabronione
pasmo dozwolone
pasmo zabronione
pasmo dozwolone
pasmo zabronione
pasmo dozwolone
MODEL pasmowy
E
swobodne elektrony
pasmo przewodnictwa
pasmo zabronione
pasmo walencyjne
dziury
MODEL pasmowy
pasmo
przewodnictwa
(conduction
band)
pasmo
EC
przewodnictwa
(conduction
Vband)
pasmo
przewodnictwa
przerwa energetyczna
(conduction
EG (bandgap)
band)
EV
pasmo pasmo pasmo
walencyjne walencyjne walencyjne
(valence band) (valence band) (valence band)
przewodnik półprzewodnik dielektryk
przewodnik półprzewodnik dielektryk
Potencjał
Energia elektronu
ORIENTACYJNE DANE
DLA RÓŻNYCH MATERIAA
ÓW
SWOBODNE ELEKTRONY I DZIURY
Jeżeli doprowadzona energia
jonizacji jest dostatecznie duża to
powstające siły zrywają wiązania
atomowe i uwolnione w ten sposób
elektrony mogÄ… siÄ™ swobodnie
poruszać w krysztale. Te elektrony
nazywamy elektronami swobodnymi.
Po każdym uwolnionym elektronie
pozostaje w siatce krystalicznej
dodatnio naładowany jon
zwiÄ…zany z jÄ…drem atomu.
Nazywamy go dziurÄ….
GENERACJA PAR ELEKTRON-DZIURA
np. energia termiczna, foton
E
pasmo przewodnictwa
-
pasmo zabronione
+
pasmo walencyjne
MECHANIZMY JONIZACJI ATOMÓW
naświetlenie
(promieniowanie świetlne w
podgrzanie
zakresie fal widzialnych i
(promieniowanie
niewidzialne) 
cieplne) 
fotogeneracja
generacja
termiczna
przyspieszenie nośników ładunku w polu
elektrycznym i nadanie im takiej
energii, że są one w stanie wybić z siatki
krystalicznej kolejne elektrony, a te
następne itd. tak, że proces ten rozwija
siÄ™ lawinowo  jonizacja zderzeniowa.
GENERACJA I REKOMBINACJA POÅšREDNIA
Dodatkowe dozwolone poziomy energetyczne ulokowane w pobliżu
środka pasma zabronionego (spowodowane np. domieszką miedzi w
germanie lub złota w krzemie).
Nie sÄ… ani donorami, ani akceptorami  sÄ… centrami generacyjno-
rekombinacyjnymi zwane centrami SRH (zjawisko zanalizowali
Shockley, Read, Hall).
Centra, dla których  przetrzymywanie nośników jest większe niż
generacji-rekombinacji, nazywane są pułapkami.
Na powierzchni półprzewodnika stany powierzchniowe działają
jak centra SRH i zmniejszają czas życia nośników przy powierzchni.
SWOBODNE ELEKTRONY I DZIURY
Można zatem w półprzewodniku wyróżnić prąd
elektronowy zwiÄ…zany z poruszajÄ…cym siÄ™
Å‚adunkiem ujemnym wytworzony przez swobodne
elektrony i prÄ…d dziurowy zwiÄ…zany z Å‚adunkiem
dodatnim wytworzonym przez poruszajÄ…ce siÄ™
dziury.
e
e e e e
PÓA
PRZEWODNIK SAMOISTNY
NA PRZYKA
ADZIE KRZEMU
Załóżmy, że:
" krzem jest idealnie czysty (bez zanieczyszczeń i domieszek),
" jego sieć krystaliczna nie posiada żadnych defektów.
Taki idealizowany półprzewodnik będziemy nazywali
półprzewodnikiem samoistnym.
Dla T=0K wszystkie elektrony walencyjne tworzÄ… wiÄ…zania
miedzyatomowe (sÄ… zwiÄ…zane z atomami), pasmo
przewodnictwa jest puste => brak swobodnych elektronów
 ALCHEMIA PÓA
PRZEWODNIKÓW
Dodanie śladowych zanieczyszczeń (domieszki) wywołuje
duże zmiany właściwości elektrycznych
Dodaj troszkÄ™
Czysty
Dużo elektronów
fosforu (P)
kryształ
(typ n)
krzemu
Małe i równe
sobie liczby
elektronów i
dziur
Dużo dziur
(typ p)
Dodaj troszkÄ™
boru (B)
DOMIESZKA DONOROWA
Si
Si Si Si Si
Si
Si Si P Si
nadmiarowy
elektron (-)
P
Si Si Si Si
Atom fosforu jest
domieszkÄ… typu n
(donorem)
P
Si Si Si Si
Si
Si Si
Si Si
.
DOMIESZKA DONOROWA
E
półprzewodnik typu n
pasmo przewodzenia
dużo elektronów
pasmo zabronione
mało dziur
pasmo walencyjne
DOMIESZKA AKCEPTOROWA
Si Si Si Si Si
Si
Si nadmiarowa dziura (+)
Si Si
B
Atom boru jest
Si Si Si
Si B
domieszkÄ… typu p
(akceptorem)
B
Si Si Si Si
Si Si Si
Si Si
DOMIESZKA AKCEPTOROWA
półprzewodnik typu p
E
pasmo przewodzenia
mało elektronów
pasmo zabronione
dużo dziur
pasmo walencyjne
PRAWO DZIAA
ANIA MAS
Dla T>0K w półprzewodniku samoistnym,
w warunkach równowagi termodynamicznej, koncentracja
elektronów w pasmie przewodnictwa
jest równa koncentracji dziur w pasmie walencyjnym, czyli
ni = pi
ni (Si,T=300K) = ~1010 cm-3
OkoÅ‚o 5·1022 atomów krzemu/cm3.
Koncentracja 1010 par elektron-dziura/cm3 oznacza, że tylko
1 atom krzemu na 5,000,000,000,000 (5·1012, 5 trylionów)
stracił elektron wskutek energii termicznej.
PRAWO DZIAA
ANIA MAS
W półprzewodniku domieszkowanym, w warunkach równowagi
termodynamicznej, iloczyn koncentracji elektronów w pasmie
przewodnictwa i koncentracji dziur w pasmie walencyjnym zależy
tylko od materiału podstawowego i od temperatury (czyli od ni2),
a nie zależy od rodzaju i koncentracji domieszek.
n × p = ni2
Warunek neutralności elektrycznej półprzewodnika:
-ð +
n0 + NA = p0 + ND
NA-  koncentracja zjonizowanych domieszek akceptorowych
ND+  koncentracja zjonizowanych domieszek donorowych
POZIOM FERMIEGO
Poziom energetyczny, dla którego
prawdopodobieństwo obsadzenia przez elektron wynosi 0.5
EC
EFi= Ei
samoistny = ang. intrinsic
EV
Ec  dno pasma przewodnictwa
Ev  wierzchołek pasma walencyjnego
EF  poziom Fermiego
EFi  poziom Fermiego w półprzewodniku samoistnym
UNOSZENIE: MODEL DRUDE'A
=
F m*a
Pole elektryczne E
"
v
=
qE m*
"
t
elektron
Ä
q
-q
=
v E
dziura śr
c
m*
+q
µ
Centra rozpraszajÄ…ce
dla elektronów: vn = -µnE
cm2
µ(ruchliwość)[ ]
vp=źp E
dla dziur:
V " sekunda
{
UNOSZENIE (DRYFT)
n-Si
- +
V
EC
EF
Ei -qV
EV
PR
D UNOSZENIA
q2nÄ
ce
(Jn = E)
Jn = -qnvn = qµnnE
"
mn
Ã
n
q2nÄ
cp
(J = E)
J = qpv = qµp pE
p
p p
m"
p
Ã
p
vn = -µnE v = µ E
p p
{
{
RUCHLIWOŚĆ NOŚNIKÓW
Krzem,
T=300K
elektrony
dziury
Koncentracja domieszek [cm-3 ]
2
Ruchliwość [cm /Vs ]
DYFUZJA NOŚNIKÓW
Dyfuzja w
prawo
X
Brak dyfuzji
w lewo
Brak wypadkowego przepływu
elektronów (dziur) w obszarze
o stałej koncentracji
Wypadkowy przepływ
w prawo (ujemny gradient)
Prędkość termiczna vth
Rozkład prędkości w
różnych kierunkach
TRANSPORT A
ADUNKÓW (PR
D)
Zależność Einsteina
kT kT
Ruchliwość i dyfuzyjność
Dn = Å" µn Dp = Å" µ
p
(współczynnik dyfuzji ) są
q q
związane zależnością:
Unoszenie elektronów Dyfuzja elektronów
Całkowity prąd
Unoszenie dziur Dyfuzja dziur
zależy od pola
elektrycznego i
Całkowity prąd Całkowity prąd
dyfuzji
unoszenia dyfuzji
Kierunek Kierunek określa
określa pole gradient
elektryczne koncentracji
POLE WBUDOWANE
GRADIENT KONCENTRACJI DOMIESZEK
NA (x)
1018
Domieszki:
Obszar typu p
akceptory
1017
W
1016
x
-
E(x)
+
Pole elektryczne
przyśpiesza
EC
Pole elektryczne
elektrony
( wbudowane )
Ei
EF
EV
x
Diody
Diody
Trzy podstawowe struktury
Trzy podstawowe struktury
mikroelektroniki i optoelektroniki
mikroelektroniki i optoelektroniki
złącze p-n
złącze p-n
Kondensator
Kondensator
MOS
MOS
(metal-oxide-semiconductor)
(metal-oxide-semiconductor)
SiO2
kontakt m-s
kontakt m-s
(metal-semiconductor)
(metal-semiconductor)
Tranzystor bipolarny
Tranzystor bipolarny
2 złącza p-n
p n p
p n p
tranzystory bipolarne (BJT, HBT)
tranzystory bipolarne (BJT, HBT)
lepsze emitery promieniowania
lepsze emitery promieniowania
lepsze detektory promieniowania
lepsze detektory promieniowania
BJT = bipolar junction transistor
BJT = bipolar junction transistor
HBT = heterojunction bipolar transistor
HBT = heterojunction bipolar transistor
Tranzystor MOS
Tranzystor MOS
2 złącza p-n + kondensator MOS
2 złącza p-n + kondensator MOS
DIELEKTRYK
p n p
p n p
tranzystor MOS
tranzystor MOS
najważniejszy przyrząd (element)
najważniejszy przyrząd (element)
mikro(nano)elektroniki
mikro(nano)elektroniki
ZÅ‚Ä…cze p-n
ZÅ‚Ä…cze p-n
Złączem p-n nazywamy obszar półprzewodnika, w którym
Złączem p-n nazywamy obszar półprzewodnika, w którym
następuje zmiana typu półprzewodnika z p na n (lub odwrotnie).
następuje zmiana typu półprzewodnika z p na n (lub odwrotnie).
ZÅ‚Ä…cze p-n jest podstawowÄ… strukturÄ…
ZÅ‚Ä…cze p-n jest podstawowÄ… strukturÄ…
mikroelektroniki i optoelektroniki
mikroelektroniki i optoelektroniki
p n
p n
diody (np. prostownicze, pojemnościowe, ...)
diody (np. prostownicze, pojemnościowe, ...)
emitery promieniowania (np. laser, LED)
emitery promieniowania (np. laser, LED)
detektory promieniowania
detektory promieniowania
ogniwa słoneczne
ogniwa słoneczne
Złącze p-n: założenia
Złącze p-n: założenia
Obszary p i n półprzewodnika są jednorodne (stałe
Obszary p i n półprzewodnika są jednorodne (stałe
domieszkowanie).
domieszkowanie).
ZÅ‚Ä…cze ma charakter skokowy (koncentracja domieszek
ZÅ‚Ä…cze ma charakter skokowy (koncentracja domieszek
zmienia się skokowo od NA do ND na granicy obszarów)
zmienia się skokowo od NA do ND na granicy obszarów)
Złącze p-n: rozkład domieszkowania
Złącze p-n: rozkład domieszkowania
NA - ND
NA - ND
złącze skokowe
złącze skokowe
x
x
złącze liniowe
złącze liniowe
Najczęściej przyjmowane
Najczęściej przyjmowane
aproksymacje rozkładu domieszek
aproksymacje rozkładu domieszek
ZÅ‚Ä…cze p-n
ZÅ‚Ä…cze p-n
dyfuzja dziur
dyfuzja dziur
J = J + J = 0
p pd pu
unoszenie dziur
unoszenie dziur
W stanie równowagi strumienie dyfuzji i unoszenia równoważą się
W stanie równowagi strumienie dyfuzji i unoszenia równoważą się
dyfuzja elektronów
dyfuzja elektronów
Jn = Jnd + Jnu = 0
unoszenie elektronów
unoszenie elektronów
ZÅ‚Ä…cze p-n
ZÅ‚Ä…cze p-n
Silne pole elektryczne usuwa z obszaru granicznego swobodne
Silne pole elektryczne usuwa z obszaru granicznego swobodne
elektrony i dziury => obszar ten nazywamy warstwa zubożoną (ubogą
elektrony i dziury => obszar ten nazywamy warstwa zubożoną (ubogą
w nośniki ład. elektr.) lub warstwa zaporowa.
w nośniki ład. elektr.) lub warstwa zaporowa.
xd = xp + xn
x
-xp 0 -xn
Tworzy się obszar przejściowy
Tworzy się obszar przejściowy
pozbawiony praktycznie swobodnych nośników ładunku
pozbawiony praktycznie swobodnych nośników ładunku
Niespolaryzowane złącze p-n
Niespolaryzowane złącze p-n
Model pasmowy (diagram energetyczny)
Model pasmowy (diagram energetyczny)
obszar typu p
obszar typu p
Õ  napiÄ™cie dyfuzyjne
Õ  napiÄ™cie dyfuzyjne
B
B
Ec
qÕ
B
Ei Ec
EFp EFn
Ev Ei
Ev
obszar typu n
obszar typu n
P N
x
-xp 0 xn
Warstwa zaporowa
Warstwa zaporowa
Niespolaryzowane złącze p-n
Niespolaryzowane złącze p-n
EC
R G
R G
EV
Nie ma przepływu prądu;
Nie ma przepływu prądu;
procesy generacji i rekombinacji równoważą się
procesy generacji i rekombinacji równoważą się
Spolaryzowane złącze p-n
Spolaryzowane złącze p-n
Przyłożenie napięcia zewnętrznego (polaryzacja)
Przyłożenie napięcia zewnętrznego (polaryzacja)
do złącza p-n powoduje zmianę wysokości bariery
do złącza p-n powoduje zmianę wysokości bariery
o wartość tego napięcia. Spadki napięć na
o wartość tego napięcia. Spadki napięć na
kontaktach i neutralnych obszarach p i n
kontaktach i neutralnych obszarach p i n
zaniedbujemy
zaniedbujemy
założenie: napięcie zewnętrzne odkłada się na
założenie: napięcie zewnętrzne odkłada się na
warstwie zaporowej
warstwie zaporowej
I
I
U
U
Wpływ rezystancji szeregowej
Wpływ rezystancji szeregowej
4
3
A = 10µ m× 10µ m
Rs = 300 &!
2
1
0
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1
NAPI
CIE POLARYZACJI [V]
PR
D [mA]
Spolaryzowane złącze p-n
Spolaryzowane złącze p-n
Kierunek zaporowy: przez złącze płynie niewielki prąd unoszenia
Kierunek zaporowy: przez złącze płynie niewielki prąd unoszenia
nośników mniejszościowych;
nośników mniejszościowych;
słaba zależność od napięcia, silna zależność temperaturowa
słaba zależność od napięcia, silna zależność temperaturowa
P N
KIERUNEK ZAPOROWY (R)
KIERUNEK ZAPOROWY (R)
Spolaryzowane złącze p-n
Spolaryzowane złącze p-n
Kierunek przewodzenia: przez złącze płyną prądy dyfuzyjne
Kierunek przewodzenia: przez złącze płyną prądy dyfuzyjne
nośników większościowych,
nośników większościowych,
bardzo silna zależność napięcie - prąd.
bardzo silna zależność napięcie - prąd.
P N
KIERUNEK PRZEWODZENIA (F)
ZÅ‚Ä…cze p-n
ZÅ‚Ä…cze p-n
polaryzacja w kierunku zaporowym
polaryzacja w kierunku zaporowym
R = Reverse
R = Reverse
EC
q(ĆB  UR)
EF(p)
qUR
EF(n)
UR<0
P N
EV
Rozszczepienie poziomów Fermiego
Rozszczepienie poziomów Fermiego
jest miarą napięcia polaryzacji
jest miarą napięcia polaryzacji
(odchyłka od stanu równowagi).
(odchyłka od stanu równowagi).
ZÅ‚Ä…cze p-n
ZÅ‚Ä…cze p-n
polaryzacja w kierunku przewodzenia
polaryzacja w kierunku przewodzenia
Diagram energetyczny
Diagram energetyczny
EC
q(Ć - UF)
B
EF(n)
qUF
EF(p)
EV
P N F = Forward
F = Forward
Rozszczepienie poziomów Fermiego
Rozszczepienie poziomów Fermiego
jest miarą napięcia polaryzacji
jest miarą napięcia polaryzacji
(odchyłka od stanu równowagi).
(odchyłka od stanu równowagi).
ZÅ‚Ä…cze p-n
ZÅ‚Ä…cze p-n
polaryzacja w kierunku zaporowym
polaryzacja w kierunku zaporowym
Wysoka bariera potencjału uniemożliwia przepływ nośników
Wysoka bariera potencjału uniemożliwia przepływ nośników
większościowych
większościowych
Fn
EC
R G
R G
EV
Fp
Bariera potencjału sprzyja przepływowi nośników mniejszościowych
Bariera potencjału sprzyja przepływowi nośników mniejszościowych
ZÅ‚Ä…cze p-n
ZÅ‚Ä…cze p-n
polaryzacja w kierunku zaporowym
polaryzacja w kierunku zaporowym
każdy nośnik mniejszościowy, który dotrze do krawędzi warstwy
każdy nośnik mniejszościowy, który dotrze do krawędzi warstwy
zaporowej jest unoszony w polu elektrycznym na drugÄ… stronÄ™
zaporowej jest unoszony w polu elektrycznym na drugÄ… stronÄ™
G R
P N
R G
koncentracje nośników mniejszościowych na krawędziach
koncentracje nośników mniejszościowych na krawędziach
warstw zaporowych są równe zeru
warstw zaporowych są równe zeru
ZÅ‚Ä…cze p-n
ZÅ‚Ä…cze p-n
polaryzacja w kierunku przewodzenia
polaryzacja w kierunku przewodzenia
G R
R G
P N
Przebicie złącza
Przebicie złącza
przy polaryzacji zaporowej
przy polaryzacji zaporowej
Dwa podstawowe mechanizmy przebicia:
Dwa podstawowe mechanizmy przebicia:
przebicie Zenera
przebicie Zenera
przebicie lawinowe
przebicie lawinowe
Przebicie Zenera
Przebicie Zenera
Występuje w złączach o cienkiej warstwie zaporowej
Występuje w złączach o cienkiej warstwie zaporowej
t.j. złączach silnie domieszkowanych.
t.j. złączach silnie domieszkowanych.
Tunelowanie
Tunelowanie
Ec Cienka warstwa zaporowa “!“!
Cienka warstwa zaporowa “!“!
elektronów
elektronów
Bardzo silne pole elektryczne “!“!
Bardzo silne pole elektryczne “!“!
Ei
przebicie Zenera
przebicie Zenera
Możliwość wyrywania elektronów z
Możliwość wyrywania elektronów z
Ev EFp
wiązań kowalencyjnych przez siły
wiązań kowalencyjnych przez siły
UR
pola E “!“!
pola E “!“!
Ec
EFn
Zjawisko Zenera (lub zjawisko
Zjawisko Zenera (lub zjawisko
Ei
jonizacji elektrostatycznej).
jonizacji elektrostatycznej).
Ev
Przebicie Zenera
Przebicie Zenera
Skala MAKRO
Skala MAKRO
Mechanika kwantowa: tunelowe przejście elektronów przez
Mechanika kwantowa: tunelowe przejście elektronów przez
barierę potencjału  przejście z pasma walencyjnego do pasma
barierę potencjału  przejście z pasma walencyjnego do pasma
przewodnictwa bez zmian energii.
przewodnictwa bez zmian energii.
Przebicie lawinowe
Przebicie lawinowe
Występuje w złączach o szerokiej warstwie zaporowej,
Występuje w złączach o szerokiej warstwie zaporowej,
t.j. złączach słabo domieszkowanych
t.j. złączach słabo domieszkowanych
Ec
 Szeroka warstwa: przynajmniej kilka
 Szeroka warstwa: przynajmniej kilka
Ei
EFp
średnich dróg swobodnych nośników.
średnich dróg swobodnych nośników.
Ev
G
UR
Ec
EFn Ei
Ev
W szerokiej warstwie może dojść do kilku zderzeń tego samego elektronu
W szerokiej warstwie może dojść do kilku zderzeń tego samego elektronu
z atomami. Jeżeli natężenia pola jest wystarczająco duże, to zderzenia
z atomami. Jeżeli natężenia pola jest wystarczająco duże, to zderzenia
mogą prowadzić do jonizacji atomu. Uwolnione elektrony również mogą
mogą prowadzić do jonizacji atomu. Uwolnione elektrony również mogą
jonizować atomu, itd. lawina nośników.
jonizować atomu, itd. lawina nośników.
Przebicie lawinowe
Przebicie lawinowe
Eg [eV] BU [V]
Ge 0,66 27
SiGe 0,895 43
Si 1,12 60
GaAs 1,42 90
6H-SiC 3 260
GaN 3,45 320
C 5,45 650
Przebicia złącza p-n
Przebicia złącza p-n
Przebicie Zenera i przebicie lawinowe mogą mieć charakter
Przebicie Zenera i przebicie lawinowe mogą mieć charakter
stabilny i powtarzalny, jeżeli wartość prądu nie przekracza
stabilny i powtarzalny, jeżeli wartość prądu nie przekracza
wartości dopuszczalnej.
wartości dopuszczalnej.
Jeżeli ilość ciepła wydzielanego w złączu jest większa od ilości
Jeżeli ilość ciepła wydzielanego w złączu jest większa od ilości
ciepła odprowadzanego ze złącza rośnie T złącza rośnie
ciepła odprowadzanego ze złącza rośnie T złącza rośnie
prąd rośnie T złącza itd. przebicie termiczne (niszczy
prąd rośnie T złącza itd. przebicie termiczne (niszczy
złącze).
złącze).
Kontakt metal-półprzewodnik
Kontakt metal-półprzewodnik
Charakterystyka prądowo-napięciowa
Charakterystyka prądowo-napięciowa
złącza metal-półprzewodnik może być:
złącza metal-półprzewodnik może być:
a) liniowa i symetryczna (złącze omowe)
a) liniowa i symetryczna (złącze omowe)
kontakty i doprowadzenia przyrządów
kontakty i doprowadzenia przyrządów
półprzewodnikowych
półprzewodnikowych
mała rezystancja
mała rezystancja
b) nieliniowa i niesymetryczna (złącze
b) nieliniowa i niesymetryczna (złącze
prostujÄ…ce)
prostujÄ…ce)
dioda Schottky'ego
dioda Schottky'ego
Rodzaj złącza zależy od:
Rodzaj złącza zależy od:
różnicy prac wyjścia elektronu z metalu i półprzewodnika
różnicy prac wyjścia elektronu z metalu i półprzewodnika
stanów powierzchniowych półprzewodnika
stanów powierzchniowych półprzewodnika
Kontakt metal-półprzewodnik typu p
Kontakt metal-półprzewodnik typu p
W zależności od różnicy prac wyjścia z metalu i półprzewodnika (także od
W zależności od różnicy prac wyjścia z metalu i półprzewodnika (także od
gęstości stanów powierzchniowych) pasma energetyczne zaginają się do
gęstości stanów powierzchniowych) pasma energetyczne zaginają się do
góry (akumulacja) tworząc kontakt omowy lub do dołu (zubożenie,
góry (akumulacja) tworząc kontakt omowy lub do dołu (zubożenie,
inwersja) tworzÄ…c kontakt (styk) prostujÄ…cy - diodÄ™ z barierÄ… Schottky ego
inwersja) tworzÄ…c kontakt (styk) prostujÄ…cy - diodÄ™ z barierÄ… Schottky ego
Dioda z barierÄ… Schottky ego
Kontakt omowy
Ec
Ec
Ei
Ei
EFp
EFp
Ev
Ev
Kontakt metal-półprzewodnik typu n
Kontakt metal-półprzewodnik typu n
W zależności od różnicy prac wyjścia z metalu i półprzewodnika (także od
W zależności od różnicy prac wyjścia z metalu i półprzewodnika (także od
gęstości stanów powierzchniowych) pasma energetyczne zaginają się do
gęstości stanów powierzchniowych) pasma energetyczne zaginają się do
dołu (akumulacja) tworząc kontakt omowy lub do góry (zubożenie,
dołu (akumulacja) tworząc kontakt omowy lub do góry (zubożenie,
inwersja) tworzÄ…c kontakt (styk) prostujÄ…cy - diodÄ™ z barierÄ… Schottky ego
inwersja) tworzÄ…c kontakt (styk) prostujÄ…cy - diodÄ™ z barierÄ… Schottky ego
Kontakt omowy
Dioda z barierÄ… Schottky ego
Ec
Ec
EFn
EFn
Ei
Ei
Ev
Ev
Praca wyjścia elektronu
Praca wyjścia elektronu
Praca wyjścia elektronu  energia potrzebna do przeniesienia
Praca wyjścia elektronu  energia potrzebna do przeniesienia
elektronu z poziomu Fermiego na zewnÄ…trz metalu lub
elektronu z poziomu Fermiego na zewnÄ…trz metalu lub
półprzewodnika (do próżni).
półprzewodnika (do próżni).
Praca wyjścia elektronu  bariera energetyczna, jaką musi
Praca wyjścia elektronu  bariera energetyczna, jaką musi
pokonać elektron, aby opuścić ciało stałe i oddalić się na
pokonać elektron, aby opuścić ciało stałe i oddalić się na
odległość, przy której można pominąć oddziaływanie elektronu z
odległość, przy której można pominąć oddziaływanie elektronu z
ciałem stałem.
ciałem stałem.
Kontakt metal-półprzewodnik
Kontakt metal-półprzewodnik
Po  zetknięciu metalu i półprzewodnika układ dąży do równowagi
Po  zetknięciu metalu i półprzewodnika układ dąży do równowagi
termodynamicznej poprzez przegrupowanie elektronów.
termodynamicznej poprzez przegrupowanie elektronów.
Ponieważ praca wyjścia metalu jest większa niż praca wyjścia
Ponieważ praca wyjścia metalu jest większa niż praca wyjścia
półprzewodnika, to więcej elektronów będzie przepływać z
półprzewodnika, to więcej elektronów będzie przepływać z
półprzewodnika do metalu niż odwrotnie.
półprzewodnika do metalu niż odwrotnie.
wyrównanie się poziomów Fermiego
wyrównanie się poziomów Fermiego
po stronie metalu pojawia siÄ™ cienka warstwa Å‚adunku ujemnego, a po
po stronie metalu pojawia siÄ™ cienka warstwa Å‚adunku ujemnego, a po
stronie półprzewodnika znaczenie szersza warstwa ładunku dodatniego
stronie półprzewodnika znaczenie szersza warstwa ładunku dodatniego
dipolowa warstwa Å‚adunku przestrzennego
dipolowa warstwa Å‚adunku przestrzennego
bariera potencjału równa różnicy potencjałów wyjścia elektronu (Vme-
bariera potencjału równa różnicy potencjałów wyjścia elektronu (Vme-
Vpp)
Vpp)
złącze prostujące dioda Schottky'ego
złącze prostujące dioda Schottky'ego
Dioda Schottky'ego
Dioda Schottky'ego
Kierunek przewodzenia:  plus do metalu,  minus
Kierunek przewodzenia:  plus do metalu,  minus
do półprzewodnika typu n:
do półprzewodnika typu n:
obniża się bariera potencjału i elektrony płyną z pp do me elektrony, które
obniża się bariera potencjału i elektrony płyną z pp do me elektrony, które
przeszły z pp do me w pierwszej chwili obsadzają poziomy położone
przeszły z pp do me w pierwszej chwili obsadzają poziomy położone
wysoko nad poziomem Fermiego i dlatego nazywane sÄ…  gorÄ…cymi
wysoko nad poziomem Fermiego i dlatego nazywane sÄ…  gorÄ…cymi
elektronami ;
elektronami ;
 gorÄ…ce elektrony bardzo szybko (~10-13 s) oddajÄ… swÄ… energiÄ™ i stajÄ… siÄ™
 gorÄ…ce elektrony bardzo szybko (~10-13 s) oddajÄ… swÄ… energiÄ™ i stajÄ… siÄ™
częścią swobodnych elektronów w metalu
częścią swobodnych elektronów w metalu
 gorące elektrony nie wykazują cech nośników mniejszościowych (tak jak
 gorące elektrony nie wykazują cech nośników mniejszościowych (tak jak
to było w złączu p-n)
to było w złączu p-n)
nie ma gromadzenia nośników mniejszościowych
nie ma gromadzenia nośników mniejszościowych
 brak pojemności dyfuzyjnej
 brak pojemności dyfuzyjnej
dobre właściwości impulsowe
dobre właściwości impulsowe
Dioda Schottky'ego
Dioda Schottky'ego
ZALETY WADY
ZALETY WADY
Bardzo szybkie
Bardzo szybkie Znaczne prÄ…dy wsteczne
Znaczne prÄ…dy wsteczne
(dziesiÄ…tki, setki GHz)
(dziesiątki, setki GHz) (~źm)
(~źm)
Mały spadek napięcia
Mały spadek napięcia Niskie napięcia przebicia
Niskie napięcia przebicia
(0,2  0,4 V)
(0,2  0,4 V)
 Zdrowie elektronu 
 Zdrowie elektronu 
Oby nigdy nikomu nie był potrzebny.
Oby nigdy nikomu nie był potrzebny.
Ulubiony toast na corocznych
Ulubiony toast na corocznych
bankietach w Cavendish Laboratory,
bankietach w Cavendish Laboratory,
pierwsze lata XX wieku
pierwsze lata XX wieku
wykład przygotowany na podstawie materiałów prof. A. Jakubowskiego (PW) za zgodą autora
wykład przygotowany na podstawie materiałów prof. A. Jakubowskiego (PW) za zgodą autora