Барьер Шотки

Словарь терминов / Барьер Шотки

Барьером Шотки называют потенциальный барьер, образующийся в приконтактном слое ПП, который граничит с металлом.

Первые исследования были проведены в 1939 году немецким ученым Вальтером Германом Шоттки (Walter Hermann Schottky).

Необходимым условием возникновения барьера Шотки – различие в работах выхода электронов из металла Фм и полупроводника Фп.

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.

Энергетическая 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.

Для реальных структур металл – ПП такое соотношение не выполняется, поскольку на поверхности ПП или в тонкой диэлектрической прослойке, которая обычно возникает между металлом и ПП, существуют локальные электронные состояния.

Находящиеся в данных структурах электроны экранируют влияние металла таким образом, что внутреннее поле полупроводника определяется этими поверхностными состояниями.

Высота барьера Шоттки зависит от Фм меннее резко, чем 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».

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.