Шотки барьер

Потенциальный барьер, образующийся в приконтактном слое полупроводника, граничащем с металлом; назван по имени немецкого учёного В. Шотки (W. Schottky). исследовавшего такой барьер в 1939. Для возникновения потенциального барьера необходимо, чтобы работы выхода (См. Работа выхода) металла и полупроводника были различными, на что впервые указал сов. учёный Б. И. Давыдов в 1939. При сближении полупроводника n-типа с металлом, имеющим большую, чем у полупроводника, работу выхода Ф, металл заряжается отрицательно, а полупроводник — положительно, т.к. электронам легче перейти из полупроводника в металл, чем обратно (при сближении полупроводника р-типа с металлом, обладающим меньшей Ф, металл заряжается положительно, а полупроводник — отрицательно). При установлении равновесия между металлом и полупроводником возникает Контактная разность потенциалов: U_k = (Ф_м — Ф_п)/е (е — заряд электрона). Из-за большой электропроводности металла электрическое поле в него не проникает, и разность потенциалов U_k создаётся в приповерхностном слое полупроводника. Направление электрического поля в этом слое таково, что энергия основных носителей заряда в нём больше, чем в толще полупроводника. Это означает, что в полупроводнике n-типа энергетической зоны в приконтактной области изгибаются вверх, а в полупроводнике р-типа — вниз (см. рис.). В результате в полупроводнике вблизи контакта с металлом при Ф_м > Ф_п для полупроводника n-типа, или при Ф_м <>_п для полупроводника р-типа возникает потенциальный барьер. Высота Ш. б. Ф₀ = Ф_м — Ф_п. В реальных структурах металл — полупроводник это соотношение не выполняется, т.к. на поверхности полупроводника или в тонкой диэлектрической прослойке, часто образующейся между металлом и полупроводником, обычно имеются локальные электронные состояния; находящиеся в них электроны экранируют влияние металла так, что внутренне поле в полупроводнике определяется этими поверхностными состояниями и высота Ш. б. не зависит от Ф_м. Как правило, наибольшей высотой обладают Ш. б., получаемые нанесением на полупроводник n-типа плёнки Au. На высоту Ш. б. оказывает также влияние сила «электрического изображения» (см. Шотки эффект).

Ш. б. обладает выпрямляющими свойствами. Ток через Ш. б. при наложении внешнего электрического поля создаётся почти целиком основными носителями заряда. Величина тока определяется скоростью прихода носителей из объёма к поверхности или в случае полупроводников с высокой подвижностью носителей — током термоэлектронной эмиссии (См. Термоэлектронная эмиссия) в металл. Контакты металл — полупроводник с Ш. б. широко используются в сверхвысокочастотных детекторах и смесителях (см. Шотки диод),Транзисторах,Фотодиодах и в др.

Лит.: Стриха В. И., Бузанева Е. В., Радзиевский И. А., Полупроводниковые приборы с барьером Шоттки, М., 1974; Стриха В. И., Теоретические основы работы контакта металл — полупроводник, К., 1974; Милнс А., Фойхт Д., Гетеропереходы и переходы металл — полупроводник, пер. с англ., М., 1975.

Т. М. Лифшиц.

Энергетическая схема контакта металл — полупроводник; а — полупроводник и металл до сближения; б, в — идеальный контакт металла с полупроводником n- и p-типов; г — реальный контакт; М — металл, П — полупроводник, Д — диэлектрическая прослойка, С — поверхностные электронные состояния; E_вак, E_ν, E_с— уровни энергии электрона у «потолка» валентной зоны, у «дна» зоны проводимости и в вакууме; E_F — энергия Ферми.

ШОТКИ БАРЬЕР

потенциальный барьер, образующийся в приконтактном слое ПП, граничащем с металлом; исследован нем. учёным В. Шотки (W. Schottky; 1939). Для возникновения Ш. б. необходимо, чтобы работы выхода эл-нов из металла Фм и полупроводника Фп были разными. При контакте ПП n-типа с металлом, имеющим Фм>Фп, металл заряжается отрицательно, а ПП — положительно, т. к. эл-нам легче перейти из ПП в металл, чем обратно (при контакте ПП р-типа с металлом, обладающим Фм<Фп, металл заряжается положительно, а ПП — отрицательно). Возникающая при установлении равновесия между металлом и ПП контактная разность потенциалов равна: Uк=(Фм- Фп)/e (е — заряд эл-на). Из-за большой электропроводности металла электрич. поле в него не проникает, и разность потенциалов Uк создаётся в приповерхностном слое ПП. Направление электрич. поля в этом слое таково, что энергия осн. носителей заряда в нём больше, чем в толще ПП.

Энергетич. схема контакта металл — ПП: а — ПП n-типа и металл до сближения; б и в — идеальный контакт металла с ПП n- и р-типов; г — реальный контакт металла с ПП n-типа; М — металл; П — полупроводник; Д — диэлектрич. прослойка; С — поверхностные электронные состояния;v,?c,?вак — уровни энергии эл-на у потолка валентной зоны, у дна зоны проводимости и в вакууме;F — энергия Ферми; Фп — работа выхода ПП, Фм — металла; U — разность потенциалов при поверхностном слое ПП.

Это означает, что в ПП n-типа энергетич. зоны в приконтактной области изгибаются вверх, а в ПП р-типа — вниз (рис.). В результате в ПП вблизи контакта с металлом, при Фм>Фп для ПП n-типа или при Фм<Фп для ПП р-типа, возникает Ш. б. высотой Ф0.

В реальных структурах металл — ПП это соотношение не выполняется, т. к. на поверхности ПП или в тонкой диэлектрич. прослойке, часто возникающей между металлом и ПП, обычно есть локальные электронные состояния; находящиеся в них эл-ны экранируют влияние металла так, что внутр. поле в ПП определяется этими поверхностными состояниями и высота Ш. б. зависит от Фм менее резко, чем это следует из приведённых выше ф-л. Как правило, наибольшей высотой обладают Ш. б., получаемые нанесением на ПП n-типа плёнки Au. На высоту Ш. б. оказывает также влияние сила «электрического изображения» (см. ШОТКИ ЭФФЕКТ).

Ш. б. обладает выпрямляющими св-вами. Ток через Ш. б. при наложении внеш. электрич. поля создаётся почти целиком осн. носителями заряда. Величина тока определяется скоростью прихода носителей из объёма к поверхности или, в случае ПП с высокой подвижностью носителей, током термоэлектронной эмиссии. Контакты металл — ПП с Ш. б. используются в CBЧ детекторах и смесителях, транзисторах, фотодиодах и в др. приборах.