10.9 : Смещение переходов металл-полупроводник

Смещение переходов металл-полупроводник предполагает приложение напряжения к переходу. В частности, металл подключается к источнику напряжения, а полупроводник заземляется. Этот метод необходим для управления направлением и величиной тока в электронных устройствах, включая диоды, транзисторы и фотоэлектрические элементы.

В переходах Шоттки, где полупроводник n-типа, приложение положительного напряжения к металлу относительно полупроводника снижает его уровень Ферми. Это снижает энергетический барьер, который необходимо преодолеть электронам в полупроводнике, чтобы проникнуть в металл. Это обеспечивает значительный поток электронов из полупроводника в металл, что приводит к быстрому увеличению тока, когда переход смещен в прямом направлении. При подаче отрицательного напряжения ситуация обратная. Уровень Ферми металла повышается, увеличивая барьер для потока электронов из полупроводника в металл. Несмотря на это, несколько электронов могут преодолеть барьер, генерируя небольшой ток обратного смещения.

Омические переходы ведут себя иначе. Из-за отсутствия значительного барьера даже небольшое положительное напряжение может индуцировать большой ток прямого смещения, обеспечивая незатрудненный поток электронов из полупроводника в металл. При обратном смещении существует минимальный барьер для потока электронов из металла в полупроводник, но этот барьер эффективно исчезает, если напряжение обратного смещения превышает несколько десятых доли вольта.

Динамика взаимодействия меняется с полупроводниками p-типа. Поведение, описанное для полупроводников n-типа как в переходах Шоттки, так и в омических переходах, обратное. Эта способность управлять потоком тока посредством смещения необходима для работы многих электронных компонентов, где она обеспечивает основу для функциональности широкого спектра устройств.