Физические основы электроники. Контакты металл-полупроводник

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации 

НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ 

 
 
 
 
 
 
С.В. ДОРОГОЙ 
 
 
 
 
 
ФИЗИЧЕСКИЕ  
ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОНИКИ 

 
КОНТАКТЫ  
МЕТАЛЛ–ПОЛУПРОВОДНИК 
 
Учебно-методическое пособие 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
НОВОСИБИРСК 
2019 

 

УДК 621.382:53(075.8) 
         Д 691 
 

Рецензенты: 

канд. техн. наук, доц. Н.И. Филимонова 
канд. техн. наук, доц. В.М. Меренков 
 
 
 
Дорогой С.В. 
Д 691   
Физические основы электроники. Контакты металл–полупроводник: учебно-методическое пособие / С.В. Дорогой. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2019. – 50 с. 

ISBN 978-5-7782-3994-4 

Учебно-методическое пособие предназначено для проведения 
аудиторных практических занятий и самостоятельной работы по дисциплине «Физические основы электроники» для студентов II курса по 
направлениям 11.03.03 «Конструирование и технология электронных 
средств» и 11.03.02 «Инфокоммуникационные технологии и системы 
связи». 
 
 
 
Работа подготовлена на кафедре конструирования и технологии  
радиоэлектронных средств и утверждена Редакционно-издательским  
советом университета в качестве учебно-методического пособия 
 
 
УДК 621.382:53(075.8) 
 
 
ISBN 978-5-7782-3994-4  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
© Дорогой С.В., 2019 
© Hовосибиpский госудаpственный 
    технический унивеpситет, 2019 

 

ОГЛАВЛЕНИЕ 

 

Введение ................................................................................................................... 4 

1. Контакты (барьеры, переходы) металл–полупроводник .................................. 5 

2. Свойства, структура и зонные энергетические диаграммы контактов 
    металл–полупроводник ....................................................................................... 7 

3. Выпрямляющий контакт металл–полупроводник n-типа .............................. 10 

4. Выпрямляющий контакт металл–полупроводник p-типа .............................. 14 

5. Омический контакт металл–полупроводник n-типа ....................................... 16 

6. Омический контакт металл–полупроводник p-типа ....................................... 18 

7. Напряженность электрического поля, потенциал на контакте  
    металл–полупроводник, ширина ОПЗ ............................................................. 21 

8. Вольт-амперная характеристика контакта Шоттки ........................................ 29 

9. Эффект Шоттки (уменьшение барьера) ........................................................... 36 

10. Механизмы переноса заряда через контакт металл–полупроводник .......... 39 

11. Сравнение барьеров Шоттки и p–n-переходов .............................................. 41 

12. Задачи и решения ............................................................................................. 43 

Библиографический список .................................................................................. 49 

 
 
 
 
 

 

ВВЕДЕНИЕ 

Во всех полупроводниковых приборах используются контакты металла и полупроводника. В пособии рассмотрена одна из тем курса «Физические основы электроники» – классическая теория образования и работы идеальных контактов металл–полупроводник, основанная на явлении термоэлектронной эмиссии. Показано, как образуются выпрямляющие и невыпрямляющие контакты с полупроводниками n- и p-типов. 
Для понимания физических процессов в контактах использованы элементы зонной теории и упрощенные зонные энергетические диаграммы. 
Дан подробный вывод уравнений для расчета физических параметров 
контактов, таких как напряженность электрического поля, потенциал, 
толщина области пространственного заряда, удельная емкость обедненной области, вольт-амперной характеристики. Проведено сравнение 
вольт-амперных характеристик диода на основе барьера Шоттки и полупроводникового диода. Представлены примеры решения задач. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 

1. КОНТАКТЫ (БАРЬЕРЫ, ПЕРЕХОДЫ)  
МЕТАЛЛ–ПОЛУПРОВОДНИК 

Одними из первых полупроводниковых приборов, реально используемых в радиотехнике, были разработанные в начале ХХ в. кристаллические детекторы, в которых использовался контакт металлической 
проволочной пружины с естественными полупроводниками, такими как 
сульфид свинца (PbS), закись меди (
2
Cu O ), селен (Se), позднее их сменил кремний. Работа таких детекторов основана на зависимости электрического сопротивления контакта от полярности прикладываемого 
напряжения. 
В 1938 г. немецкий физик Вальтер Шоттки предположил, что потенциальный барьер между металлом и полупроводником создается неподвижным пространственным зарядом, а не за счет возникновения промежуточного химического соединения. В дальнейшем выпрямляющие 
контакты такого типа стали называться контактами с барьером Шоттки 
(БШ) или диодами Шоттки (ДШ). 
В 1938 г. английский физик Невилл Мотт предложил теоретическую 
модель для контактов металла к тонким слоям полупроводника. Образующийся при этом барьер получил название барьера Мотта. 
Диоды Шоттки на основе полупроводников (Si, GaAs) используются 
в источниках питания для выпрямления переменного тока, в качестве 
затвора полевого транзистора вместо управляющего p–n-перехода, в 
цифровой электронике для повышения скорости переключения биполярного транзистора, в фотодетекторах и солнечных элементах. 
Также широкое применение нашли невыпрямляющие или омические 
контакты металл-полупроводник, используемые для подключения внутренних областей полупроводниковых приборов к внешним выводам.