Barbara Kempska

Ćwiczenie nr 8

Badanie charakterystyki prądowo - napięciowej dla pastylek z polimeru przewodzącego w układzie struktur barierowych Au-SP-Au i Al-SP-Al

Wstęp teoretyczny

Struktura dwubarierowa metal - półprzewodnik złożona z dwóch diod S połączonych w układzie „back-to-back” została przedstawiona poniżej

Złącza A i B wykonane są z tego samego metalu. Nanosi się je metodą próżniową, gdyż zapewnia ona dostateczną czystość chemiczną złącza. W zależności od pracy wyjścia elektronu z metalu , czyli od użytego metalu, układy te wykazują różne właściwości. Różnia się przeważnie wysokością bariery (Φ_M) na złączu metal-półprzewodnik. Gdy wysokość bariery na złączu A i B jest taka sama mamy do czynienia z układem symetrycznym M-SP-M. Jeśli natomiast Φ_MA
Φ_MB układ M-SP-M jest niesymetryczny. Na własności elektryczne układu ma również wpływ grubość warstwy półprzewodnikowej (d).

Dwubarierowy układ M-SP-M o grubej warstwie półprzewodnikowej (rzędu 10^-1 cm) odpowiada dwu niezależnym złączom metal-póprzewodnik połączonym szeregowo. Po przyłożeniu napięcia jedno złącze (A) jest spolaryzowane zaporowo, a drugie przewodząco (B). W sytuacji gdy przyłożone napięcie nie jest zbyt wysokie (< 50V) transport nośników prądu jest wynikiem emisji ponadbarierowej. W badanym układzie spełnione jest prawo Ohma, jeśli zależność I = f(V) wykazuje charakter prostoliniowy. Odmienny od prostoliniowego przebieg charakterystyk prądowo-napięciowych wskazuje na prostowniczy charakter złącza (diody) i pozwala wyznaczyć wysokość bariery na złączu metal-półprzewodnik, zgodnie z relacją:

(a)
dla V=3kT

(b)

gdzie:

q - ładunek elementarny

I - gęstość prądu

V- napięcie

A - stała Richardsona

I_s - wartość prądu nasycenia

Logarytmując równanie (a) i wykreślając zależność lnI = f(V) możemy wyznaczyć z nachylenia otrzymanej prostej wielkość n k T/q. Wartość I_s wyznacza się ekstrapolując prostą do napięcia równego zeru. Znając I_s oraz A, z zależność (b) wylicza się wysokość bariery Φ_M.

---