Patryk Ulatowski

Ćwiczenie8

BADANIE CZARAKTERYSTYKI PRĄDOWO - NAPIĘCIOWEJ DLA PASTYLEK Z POLIMERU PRZEWODZĄCEGO W UKŁADZIE STRUKTUR BARIEROWYCH Au-SP-Au I Al.-SP-Al

Struktury barierowe można podzielić na dwa rodzaje:

- struktury jednobarierowe do których zaliczamy np. diodę Schottkyego. Są to struktury typu metal-przewodnik

- struktury dwubarierowe - charakteryzują się one tym, że zbudowane są z dwóch diod S, połączonych w układzie „back to back”. Przykładem takich struktur są Au-SP-Au i Al.-Sp-Al. W strukturach dwubarierowych złącza wykonane są z tego samego metalu. Ważne jest także, aby złącza posiadały odpowiednią czystość, dlatego nanosi się je tzw. metodą próżniową.

Układy dwubarierowe mogą mieć różne właściwości, wynikające z rodzaju stosowanego metalu. Najczęściej stosowanym metalem w tego typu strukturach jest złoto, posiadające dużą wartość pracy wyjścia elektronów z metalu. Inną właściwością układów dwubarierowych jest tzw. wysokość bariery Φ_M na złączu metal przewodnik. W zależności od wysokości tej bariery układy dodatkowo możemy podzielić na:

- układy symetryczne - w tego typu układach wysokość bariery na złączu A (Φ_A) jest równa wysokości bariery na złączu B (Φ_B);

- układy niesymetryczne - bariery na obydwu złączach są różne

Inną ważną cechą układów dwubarierowych wpływającą dość istotnie na właściwości elektryczne tego typu układów jest grubość warstwy półprzewodnikowej - d.

W przypadku gdy struktura dwubarierowa posiada grubą warstwę pólprzewodnikową (d >10^-1cm), wówczas cały układ jest równoważny dwóm układom jednobarierowym, które są połączone ze sobą szeregowo. W takim układzie przyłożenie napięcia do 50V powoduje, że jedno złącze jest spolaryzowane przewodząco, drugie zaś barierowo. Z transport prądu w tym układzie jest wówczas odpowiedzialna emisja ponadbarierowa. W takiej sytuacji, gdy wykonamy charakterystykę prądowo-napięciową układu, wówczas otrzymamy zależność liniową, spełniającą prawo Ohma.

W przypadku jednak gdy nasz układ M-SP-M posiada cienką warstwę półprzewodnikową, przebieg charakterystyki prądowo napięciowej nie jest już liniowy. Złącza wykazują więc charakter prostowniczy.

W przypadku kiedy złącza wykazują charakter prostowniczy możliwe jest wyznaczenie wysokości bariery Φ_M na podstawie poniższych zależności:

dla V = 3kT

gdzie:

q - ładunek elementarny

V - przyłożone napięcie

I - gęstość prądu

A - stała Richardsona.

Jeśli znamy wartość stałej Richardsona oraz I_S, możemy wyznaczyć wysokość bariery Φ_M na złączu metal-przewodnik bezpośrednio ze znajomości wartości prądu nasycenia I_S. Aby to zrobić rysujemy wykres zależności lnI = f(V), ponieważ

Z nachylenia wykresu odczytujemy wartość ln(I_S), natomiast wartość naszego wyrazu wolnego opisana jest wzorem
.

W przypadku jednak, kiedy nie znamy wartości stałej Richardsona, musimy przekształcić zależność:

Wykreślając zależność
, z nachylenia prostej odczytać możemy wartość stałej Richardsona, natomiast z wartości wyrazu wolnego
.

---