âm của điện áp đặt vào bán dẫn p.
Chương 1 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN
p n
Khi chuyển tiếp p-n phân cực ngược: → các hạt tải đa số bị đẩy xa MĐTKG ⇒:
• Độ rộng miền điện tích không gian tăng
• Dòng cuốn các hạt thiểu số tăng,
• Dòng khuếch tán các hạt đa số giảm.
Kết quả trạng thái cân bằng bị phá vỡ, lúc này tồn tại dòng ngược Ingc rất nhỏ và hầu như không đổi.
Nếu tăng Ungc trên chuyển tiếp p-n đến vượt một giá trị nào đó → Ingc tăng đột ngột: chuyển tiếp p-n bị đánh thủng.
• Khi Uth thấp, I thay đổi tuyến tính theo U tương ứng với vùng rào thế.
• Tăng Uth thì dòng thuận Ith tăng cao.
• Ungc thay đổi trong phạm vi lớn, nhưng dòng ngược Ingc nhỏ và không đổi. • Ungc tăng đến một giá trị nào đó thì Ingc tăng vọt: chuyển tiếp p-n bị đánh thủng.
Đặc tuyến Vôn-Ampe của chuyển tiếp p-n:
• Cấu trúc PIN gồm ba lớp bán dẫn P, I, N.
• Lớp p và n pha tạp mạnh, ở giữa là lớp bán dẫn thuần I, có độ dày lớn hơn để làm tăng độ rộng MĐTKG. Với cấu trúc này, khi phân cực ngược đủ lớn, MĐTKG chính là miền I và MĐTKG không lan vào các lớp bán dẫn p, n.
Đặc điểm của loại tiếp xúc này là nó có điện áp ngược cho phép cao, điện dung tiếp xúc nhỏ.
3. Tiếp xúc M-S
Khi bán dẫn tiếp xúc với kim loại hình thành tiếp xúc M-S. Ở một số điều kiện cụ thể, tiếp xúc này có tính chất chỉnh lưu.
Đối với các tiếp xúc M-S lý tưởng (không có sai hỏng bề mặt), đặc tính của chúng phụ thuộc vào công thoát kim loại Am và công thoát bán dẫn As khi chúng tiếp xúc nhau (Am > As hay ngược lại).
Cùng một kim loại tiếp xúc với bán dẫn p và bán dẫn n sẽ xảy ra những hiệu ứng khác nhau.
a. Trường hợp kim loại tiếp xúc với bán dẫn loại n
Trường hợp Am > Asn
Giản đồ vùng năng lượng của kim loại và bán dẫn n chuẩn bị tiếp xúc có dạng:
Mô hình vùng năng lượng của kim loại và bán dẫn n, trường hợp Am > Asn
Sau khi tiếp xúc, do Am > Asn:
• Các điện tử ở vùng dẫn của bán dẫn n sẽ dịch chuyển sang kim loại,
• Không có điện tử nào từ kim loại sang bán dẫn vì hàng rào thế tiếp xúc khá lớn.
Kết quả tại vùng lân cận bề mặt tiếp xúc:
- ở bán dẫn xuất hiện những ion donor mang điện tích dương,
- ở kim loại có sự tích tụ điện tử,
Do đó, tại đây hình thành một điện trường.
Điện trường này có xu hướng cản trở sự dịch chuyển của điện tử từ bán dẫn sang kim loại.
điện tử đi từ bán dẫn sang kim loại bằng dòng điện tử bị đẩy ngược trở lại do điện trường tiếp xúc gây ra.
Khi đó, sự phân bố điện tích tại đây đạt tới trạng thái cân bằng.
Tương tự như chuyển tiếp p-n, ở đây cũng hình thành MĐTKG nằm hầu như toàn bộ trong bán dẫn.
Độ rộng MĐTKG tương ứng với độ cao rào thế tiếp xúc.
Thay đổi cực tính điện áp đặt vào tiếp xúc sẽ thay đổi được chiều cao rào thế.
• Nếu → MĐTKG rộng ra, điện trở của MĐTKG tăng,
<=> chiều cao rào thế tiếp xúc tăng.
• Nếu → độ rộng MĐTKG giảm, điện trở của MĐTKG giảm,
<=> chiều cao rào thế tiếp xúc giảm.
Rào thế trong tiếp xúc M-S còn gọi là rào thế Schottki. Đặc tuyến V-A của tiếp xúc M-S cũng tương tự như chuyển tiếp p-n (do bản chất chỉnh lưu đều là MĐTKG).
Trường hợp Am < Asn
Khi chuẩn bị tiếp xúc, giản đồ vùng năng lượng của kim loại và bán dẫn n:
Khi tiếp xúc, do Am < Asn:
• điện tử từ bề mặt kim loại đi vào bán dẫn,
• không có điện tử từ bán dẫn sang kim loại vì phải vượt qua hàng rào thế khá lớn.
Kết quả tại vùng lân cận mặt tiếp xúc:
- về phía bán dẫn có sự tích tụ điện tích, - phía kim loại là một lớp mỏng ion dương
=> hình thành một điện trường. Điện trường này chống sự dịch chuyển điện tử lúc đầu, cuối cùng đạt đến trạng thái ổn định.
Từ mô hình năng lượng, ta có nhận xét:
Tại miền lân cận mặt tiếp xúc, về phía bán dẫn nồng độ điện tử lớn hơn so với các miền sâu trong bán dẫn;
Nghĩa là điện trở suất ở đây giảm nhỏ và không có MĐTKG.
Nếu thay đổi cực tính của điện áp ngoài đặt vào tiếp xúc M-S, điện trở suất của tiếp xúc cũng không thay đổi.
b. Trường hợp kim loại tiếp xúc với bán dẫn loại p
Lý luận tương tự, ta có:
Các hiện tượng vật lý xảy ra tương tự như ở tiếp xúc kim loại với bán dẫn n.
Điều khác cơ bản là vị trí mức năng lượng Fermi EF trong bán dẫn n nằm gần đáy vùng dẫn, còn trong bán dẫn p mức năng lượng Fermi nằm gần đỉnh vùng hóa trị.
Vậy tùy theo đặc điểm công thoát điện tử và loại bán dẫn mà tiếp xúc M-S có thể tuyến tính hay phi tuyến.