Zjawiska kontaktowe. Pojęcia.

Transkrypt

1 Zjawiska kotaktowe. Pojęcia. Próżia, E vac =0 Φ m W Φ s χ E c µ E v metal półprzewodik W praca przeiesieia elektrou z da pasma przewodictwa do próżi, bez zwiększaia jego eergii kietyczej (którą ma zerową). Używa się tylko dla metalu. Φ termodyamicza praca wyjścia. χ- powiowactwo elektroowe półprzewodika. Wszystkie wielkości są rzędu kilku ev.

2 Emisja elektroów z ciała stałego. Φ 1. Termoemisja. 2 j kt T = AT e Uwagi: W temperaturze pokojowej prąd termoemisji jest bardzo mały; Wzór Richardsoa jest całkowicie klasyczy, a wiadomo że cząstki o eergii wyższej iż bariera potecjału też się od iej mogą odbić. Dlatego koiecza jest modyfikacja wzoru: j T = (1 R) AT 2 e Φ kt Gdzie R jest współczyikiem odbicia ( ) Emisja elektroów powoduje oziębieie katody. W polu elektryczym praca wyjścia się obiża. 2. Emisja polowa. Występuje w silych polach elektryczych i polega a tuelowaiu elektroów przez trójkątą barierę potecjału. 3. Fotoemisja 4. Emisja wtóra.

3 Złącza różych materiałów: uwagi ogóle. Gdy dwa ciała tworzą złącze, lub ciało o skończoych rozmiarach zajduje się w polu elektryczym, lub w pobliżu graicy ciało-próżia, w graiczych obszarach materiału: Powstaje wewętrze (kotaktowe) pole elektrycze; astępuje redystrybucja ładuku (powstaje ładuek przestrzey); astępuje zakrzywieie pasm eergetyczych. UWAGA: to ie są trzy róże zjawiska, to są trzy aspekty tego samego zjawiska. Rozmiar obszaru, w którym astępują zmiay jest to tzw długość ekraowaia Debye a. εε kt L D = 0 2 2e Po zetkięciu ze sobą dwóch materiałów zaczyają płyąć chwilowe prądy. Rówowaga ustala się gdy w całym obszarze potecjał chemiczy jest taki sam.

4 εε kt L D = 0 2 2e

5 Złącze metal- półprzewodik (a) i (c) przed ustaleiem się rówowagi (b) i (d) w rówowadze Φ M > Φ S Φ M < Φ S

6 Złącze metal półprzewodik typu z Φ M > Φ S Po utworzeiu złącza elektroy przepływają z S do M. W półprzewodiku powstaje obszar zubożoy w ładuki swobode. Poziom Fermiego jest wszędzie taki sam. Elektroy przepływające z M do S apotykają barierę potecjału Φ B Φ B = Φ M χ Elektroy płyące z S do M apotykają a barierę Φ M Φ S φ m -χ sc χ sc φ m V V D =φ m -χ sc -V E F

7 Złącze metal półprzewodik typu z Φ M > Φ S Złącze spolaryzowae W zależości od zaku apięcia bariera, którą apotykają elektroy płyące z S do M albo rośie, albo maleje: złącze ma działaie prostujące.

8 Złącze metal półprzewodik typu z Φ M < Φ S ie ma bariery dla elektroów z S do M. awet małe apięcie V A > 0 powoduje duży prąd. Mała bariera jest dla elektroów płyących z M do S, ale zika gdy V A < 0 jest przyłożoe do metalu. Duży prąd płyie gdy V A < 0. ie ma właściwości prostujących: tzw. kotakt omowy. φ m χ sc χsc - φm I E F V A

9 Złącze P/ Co dzieje się po utworzeiu złącza? Bardzo duże gradiety kocetracji elektroów i dziur: elektroy P Elektroy płyą z do P Dziury płyą z P do dziury E field P Stroa ładuje się dodatio, a p ujemie. Powstaje pole elektrycze, które powoduje przepływ prądów uoszeia przeciwych iż prądy dyfuzyje. E p Obszar zubożoy uoszeie elektroów ROWOWAGA: wypadkowy prąd ie płyie. dyfuzja elektroów dyfuzja dziur uoszeie dziur ev 0 E c µ F E v x x p 0 x

10 Złącze P/ E field P Obszar zubożoy W okolicy złącza powstaje tzw obszar zubożoy: zubożoy w ruchliwe ośiki ładuku; Ładuek w tym obszarze wyika z obecości joów; Pole elektrycze powoduje powstaie wewętrzej różicy potecjałów, którą zamy jako kotaktową różicę potecjałów V 0

11 Złącze P/ : schemat pasmowy. qv 0 V 0 = apięcie kotakto we W r-dze ie płyą prądy, potecjał chemiczy jest wszędzie stały. W obszarze występowaia pola elektryczego, pasma muszą się zagiąć.

12 Złącze P/ : obliczeie φ 0 E C Electros µ E V E C Holes e φ 0 E V p-type semicoductor -type semicoductor Po stroie (dla x >> 0 ) Po stoie p (dla x << 0) µ = E c µ = E vp k B + k Tl B c T l p v p Poieważ oraz E g = E c E v pp e Φ 0 = Ec Evp = k T l + c v Φ 0 kt = l q p E g

13 Spolaryzowae złącze p R-ga przewodzeie zaporowo iższa bariera potecjału Wyższa bariera potecjału h + diffusio e - diffusio

14 Spolaryzowae złącze p 0 ) ( 2 V q W d a d a d + = ε Szerokość złącza w r-dze: ( ) V V q W d a d a d + = 0 ) ( 2ε Szerokość złącza spolaryzowaego apięciem V: +V = kieruek przewodzeia -V = kieruek zaporowy

15 Spolaryzowae złącze p J = ev Js(exp 1) kbt