Подборка образцов (КП Филиков)

Посмотреть архив целиком

Оглавление:


Введение………………………………………………………………….….2

Цель работы………………………………………………………….……..3

Задание………………………………………………………………………3

Данные………………………………………………………………………4

Расчет положение уровня Ферми………………………………………..4

Расчет и построение энергетических диаграмм структуры при

U=0, U>0, U<0……………………………………………………………….6

Расчет зависимости ОПЗ от величины приложенного напряжения…………..……………………………………………………..7

Расчет и построение ВАХ структуры при нескольких температурах……………………………………………………………….9

Расчет и построение (x), n(x), E(x), (x), C=f(x)………………………11

Описание инжекционной способности полученного перехода…...…14

Выбор соответствующего материала для создания омического контакта к полученной структуре………………………………………………….15

Выбор соответствующего металла для создания запорного слоя.….16













Введение:

Контакты полупроводников с металлом играют важную роль в полупроводниковых приборах; они участвуют практически во всех исследованиях физических свойств полупроводников. В одних случаях такие контакты являются активными элементами, определяющими полезные свойства полупроводникового прибора, в других — пассивными, роль кото­рых сводится к подведению электрического тока. Однако и в этом случае их влия­ние может быть существенным: так, например, они обусловливают рекомбинацию, шумы и т. п.

До недавнего времени, несмотря на большое число теоретических и экспери­ментальных исследований контактов, физическая интерпретация работы контакта металл — полупроводник оставалась в значительной мере неудовлетворительной. В последние годы были выяснены особенности реального контакта металл — полу­проводник, которые отличают его от ранее рассматривавшегося идеализированного случая. К таким особенностям прежде всего следует отнести наличие переходного слоя между металлом и полупроводником (диэлектрического зазора), а также поверхностных электронных состояний на границах раздела фаз и в объеме переходного слоя.

Контакты металл - полупроводник широко используются для выпрямления тока, в качестве одного из основных элементов полупроводниковых СВЧ-устройств, а также для исследования фундаментальных физических параметров полупроводниковых материалов. Такие контакты могут использоваться как затворы в полевых транзисторах, в качестве стока и истока в МОП-транзисторах, электродов в мощных ЛДП-генераторах, третьего электрода в приборах, основанных на междолинных переходах, как фотодетекторы и солнечные элементы.

Целью данного проекта рассчитать основные физические параметры структуры.


Цель работы: исследование контакта металл - полупроводник и расчет его физических параметров.


Задание:

1. Рассчитать положение уровня Ферми

2. Рассчитать и построить энергетические диаграммы структуры при

U=0, U>0, U<0

3. Рассчитать и построить зависимость ширины ОПЗ от приложенного напряжения.

4. Рассчитать и построить вольт-амперную характеристику (ВАХ) структуры при нескольких температурах

5. Рассчитать и построить (x), n(x), E(x), (x), C=f(U)

6. Описать инжекционную способность полученного перехода

7. Выбрать соответствующий материал для создания омического контакта к полученной структуре

8. Выбрать соответствующий металл для создания запорного слоя














Данные:

Материал: Sin” типа

Удельное сопротивление: n=20 Ом*см

Дрейфовая подвижность электронов: n=1200 см2/В*с

Заряд электрона: q=1.6*10-19 Кл

Постоянная Больцмана: к=8.625*10-5 эВ

Электронная постоянная: =8.854*10-14 Ф/см

Диэлектрическая проницаемость: =11.7


1. Расчет положения уровня Ферми.

(энергетическая диаграмма структуры при U=0)


Приведем металл и полупроводник в контакт друг с другом, так чтобы через контакт мог протекать электрический ток. Если просто прижать друг к другу кусок металла и кусок полупроводника, то тесное соприкосновение происходит не по всей поверхности, а в отдельных ее точках. Однако, например, при напылении металла на полупроводник в вакууме или при пайке контакт обеспечивается практически по всей поверхности.

Итак, через контакт течет ток. В металле заряд будет скапливаться на поверхности металла, а в полупроводнике проникает на значительную глубину.

При работе выхода из Ме большей, чем из п/п, электроны из п/п уходят и в обедненном слое заряд положительный, обусловленный ионизированной примесью.

Возникшее поле контактной разности потенциалов достаточно большое, накладывается на поле атомов в решетке. Но по сравнению с полями атомов это поле слабое. Оно не может изменить структуру энергетических зон, например ширину запрещенной зоны, внешнюю работу выхода, а лишь искривляет зоны. В данном случае дно зоны проводимости искривляется вверх на величину (x). На такую же величину искривляется и верхняя граница заполненной зоны, так что ширина запрещенной зоны не меняется.

Так как в состоянии равновесия уровень химического потенциала во всех частях системы проходит на одной высоте, то его положение не изменяется и изображается по-прежнему прямой линией. Следовательно, расстояние от дна зоны проводимости до уровня химического потенциала теперь уже неодинаково в разных точках.

Расстояние от дна ЗП до уровня химического потенциала в глубине п/попределяется из условия нейтральности п/п.


Зависимость подвижности носителей заряда от температуры (приведено значение для температуры T=3000K)






Зависимость концентрации донорной примеси от температуры (приведено значение для температуры T=3000K):






Зависимость собственной концентрации от температуры (приведено значение для температуры T=3000K):






Р

ассчитаем расстояния от уровня Ферми до середины запрещенной зоны и контактную разность потенциалов, которая в данном случае равна полученной величине.

Полученная величина характеризует положение уровня Ферми относительно середины запрещенной зоны (см. Рис.1.) и характерно для Si n-типа.



2. Э Н Е Р Г Е Т И Ч Е С К И Е Д И А Г Р А М М Ы

П

Р И
U=0, U>0,U<0.

Рис 1.

На Рис. 1 представлена энергетическая диаграмма, которая характеризует изгиб энергетических уровней при термодинамическом равновесии,

где Eg-ширина запрещенной зоны,

Ec-энергетический уровень зоны проводимости

Ev-энергетический уровень валентной зоны

Ef-уровень Ферми

Ei-середина запрещенной зоны

k-высота потенциального барьера

Величина Ef-Ei показывает положение уровня Ферми относительно середины запрещенной зоны.




Рис. 2

Н
а Рис. 2 представлена энергетическая диаграмма, которая характеризует изгиб энергетических уровней при обратном смещении
(U<0), что в свою очередь привело к увеличению потенциального барьера до величины Vb+U, где U – величина приложенного напряжения.

Рис. 3

На Рис. 3 представлена энергетическая диаграмма, которая характеризует изгиб энергетических уровней при прямом смещении (U>0), что в свою очередь привело к уменьшению потенциального барьера до величины Vb-U, где U-величина приложенного напряжения.


3. З А В И С И М О С Т Ь Ш И Р И Н Ы О П З О Т В Е Л И Ч И Н Ы

П Р И Л О Ж Е Н Н О Г О Н А П Р Я Ж Е Н И Я.


Для нахождения зависимости распределения потенциала запишем уравнение Пуассона:



Предположим, что вся примесь ионизирована, тогда



П
ерепишем уравнение Пуассона:

Общее решение будет:

Г
раничные условия:

при x=d

п
ри
x>d


При А, В=0 имеем:

О
тсюда найдем значение ширины области пространственного заряда (толщину обедненного слоя):


где ε0 – диэлектрическая постоянная

U – приложенное напряжение

ε = 11.7

Данное выражение справедливо для полупроводника с равномерным распределением примеси. Расчет производился для температуры T=3000K.


энергия сродства е для кремния:





работа выхода платины:







Контактная разность потенциалов:



Еf = 0.56 + 0.272 = 0.832 эВ









Рис. 4


На рис. 4 представлена зависимость ширины ОПЗ от приложенного напряжения. При увеличении прикладываемого напряжения ширина ОПЗ уменьшается.




5. В О Л Ь Т-А М П Е Р Н А Я Х А Р А К Т Е Р И С Т И К А

С Т Р У К Т У Р Ы.


Рассчитаем вольтамперную характеристику структуры по теории термоэлектронной эмисии ( в полупроводниках с высокой подвижностью и умеренной концентрацией примеси применима эта теория ).

П
лотность обратного тока:
























где А – эффективная постоянная Ричардсона.

В
ыражение для вольт-амперной характеристики будет иметь вид:

П
остроение прямых ветвей вольт-амперной характеристики при различных температурах(
T1=250 K, T2=300 K, T3=350 K):

Здесь наблюдаются различные наклоны кривых тока от напряжения.

Построение обратных ветвей вольт-амперной характеристики при различных температурах(T1=250 K, T2=300 K, T=350 K) без учета Igr:


п
ри обратном напряжении обратный ток стремится к току насыщения.

С
учетом
Igr:







Т.е. обратная ветвь ВАХ с учетом генерационно-рекомбинационного тока имеет наклон.


6.1. И З М Е Н Е Н И Е В Е Л И Ч И Н Ы П О Т Е Н Ц И А Л А

С Р А С С Т О Я Н И Е М.


Построение зависимости распределения потенциала при T=300 K по формуле





d - толщина обедненного слоя




Данная кривая показывает снижение потенциала до 0 на границе ОПЗ.



6.2. РАСПРЕДЕНИЕ ОСНОВНЫХ НОСИТЕЛЕЙ ЗАРЯДА.










6.3. РАСПРЕДЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ.


Распределение напряженности электрического поля при T=300 K характеризуется формулой:




























в диапазоне от 0 до d.

Распределение электрического поля линейно изменяется от -4.273*103 В/см при x=0 до 0 при x=d.


6.4. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ОБЪЕМНОГО ЗАРЯДА.












6.5. Б А Р Ь Е Р Н АЯ Е М К О С Т Ь В З А В И С И М О С Т И

О Т В Е Л И Ч И Н Ы О Б Р А Т Н О Г О Н А П Р Я Ж Е Н И Я.


Рассчитаем функцию барьерной емкости:




Барьерная емкость в данном случае может быть рассчитана как емкость плоского конденсатора, где ширина ОПЗ является расстоянием между обкладками, а материал выполняет роль диэлектрического наполнителя.

Построение зависимости барьерной емкости от приложенного напряжения:

С
ростом обратного напряжения ширина ОПЗ растет, что приводит к уменьшению величины барьерной емкости.



















7. И Н Ж Е К Ц И О Н Н А Я С П О С О Б Н О С Т Ь

П О Л У П Р О В О Д Н И К О В О Й С Т Р У К Т У Р Ы.




Оценим инжекционную способность выбранной структуры

Величина эффективности инжекции определяется отношением тока неосновных носителей (дырок) к полному току.

При низком уровне инжекции перенос заряда в диодах Шоттки осуществляется главным образом основными носителями.

При низком уровне инжекции в уравнении плотности тока для неосновных носителейс:

м
ожно пренебречь дрейфовым членом по сравнению с диффузионным. Тогда для коэффициента
получим:




При расчете были использованы следующие значения:

Dp=13 см2/с – коэффициент диффузии для дырок

Lp=57*10-4 см – диффузионная длинна для дырок

Nd=2.601*1014 см-3 – концентрация доноров


По мере увеличения положительно смещающего напряжения в квазинейтральной области растет поле Е. Это приводит к тому, что в токе неосновных носителей преобладающей становится дрейфовая компонента. Тогда получим:

Т
.е.
растет пропорционально плотности тока.





8. М А Т Е Р И А Л Д Л Я С О З Д А Н И Я О М И Ч Е С К О Г О

К О Н Т А К Т А.

Омические контакты металл — полупроводник применяются в полупроводниковых приборах или при исследованиях полупровод­никовых материалов для подведения электрического тока или на­пряжения.

Основное требование к омическим контактам заключается в том, чтобы они не искажали работу исследуемой системы либо не меша­ли работе полупроводникового прибора. Это требование сводится к тому, что ВАХ системы, включающей полупроводник и контакт металл — полупроводник, должна быть линейной (отсюда и определение этих контактов — омические), а сопротивление контакта должно быть пренебрежимо мало по сравнению с объемным сопротивлением полупроводника и сопротивлением растекания. Падение напряжения на таком контакте при пропускании через него требуемого тока должно быть достаточно мало по сравнению с падением напряжения на активной области прибора. Кроме того, к омическим контактам иногда предъявляют и другие требования. Например, как правило, они должны быть малошумящими, вели­чина скорости рекомбинации на контактах должна быть определен­ной и т. д.

В
контактах металл-полупроводник с низким уровнем легирования преобладает термоэлектронная компонента тока. Тогда удельное сопротивление контакта определяется так:

Из этого выражения видно, что для получения малых Rc нужно изготавливать контакты с малой высотой барьера.

Таблица1. Экспериментальные значения высоты барьера Шоттки при 300 К.

П/П

Тип

Pt

Al

Au

Ni

W

Ag

Cu

Si

n

0.9

0.72

0.8

0.51

0.45

0.78

0.58


В качестве материала для создания омического контакта можно выбрать Ni, имеющий маленькое значение высоты барьера Шоттки.

13. М А Т Е Р И А Л Д Л Я С О З Д А Н И Я З А П О Р Н О Г О С Л ОЯ.


В качестве материала для создания запорного слоя был выбран Pt, так как он обладает большей энергией выхода, чем исходный материал, в результате чего получаем слой обедненный основными носителями заряда - запирающий слой. Этот материал также не привносит значительных искажений в полученную структуру.








































19








Чтобы не видеть здесь видео-рекламу достаточно стать зарегистрированным пользователем.
Чтобы не видеть никакую рекламу на сайте, нужно стать VIP-пользователем.
Это можно сделать совершенно бесплатно. Читайте подробности тут.