Semikonduktor p-n dan Logam-Semikonduktor VI

Semikonduktor p-n dan Logam-Semikonduktor VI

9.5. Sambungan Logan-Semikonduktor

Seperti yang teleh dijelaskan pada sub 9.2.6 dan diilustrasikan pada kasus sambungan p-n, dua material yang berbeda dalam kontak dengan satu sama lain dan di bawah suhu setimbang haris mempunyai nilai energi Fermi yang sama.

Ketika sebuah logam dibawa ke dalam kontak dengan semikonduktor, sejumlah pembekokan pita  tertentu terjadi untuk mengimbangi perbedaan diantara energi Fermi dari logam dan semikonduktor tesebut. Pada kenyataannya, perbedaan ini dalam energi Fermi berarti bahwa elektron dalam satu bahan mempunyai energi yang lebih tinggi dari pada bahan yang lain. Oleh karena itu hal ini cenderung mengalir dari pembentuk ke bahan yang lain. Jadi disini ada sebuah transfer elektron melalui sambungan logam-semikonduktor dalam cara yang sama sebagai transfer muatan dalam kasus sambungan p-n. Sebagimana  sambungan juga sering disebut sambungan metallurgic atau sebuah kontak logam karena logam pada umumnya digunakan dalam industri semikonduktor untuk menyambungkan atau kontak sebuah bahan semikonduktor ke rangkaian ekternal listrik.

Transfer muatan dapat dengan segera dicapai karena sebagaimana kita lihat dalam Gambar 4.11. dalam sub 4.2.7,  energi Fermi dalam sebuh logam terbentang dengan sebuah pita energi, dimana membuat itu mudah untuk elektron diemisi dari atau dicapai oleh logam. Distribusi muatan ini memberikan peningkatan ke sebuah lokal built-in medan listrik yang mengimbangi pembagian kembali berhenti.

Semenjak semua muatan secara netral harus dipelihara, ekses muatan listrik didalam semikonduktor dan didalam logam harus menjadi dari sebuah jumlah yang sama tetapi dengan tanda yang berbeda. Bagamanapun, karena logam mempunyai sebuah rapatmuatan yang lebih besar dari semikonduktor, lebar kelebihan yang akses muatan  menyebar di dalam logam diabaikan tipis dalam perbandingan pada lebar di dalam semikonduktor. Hal ini agak sama kasusnya dengan sambungan p-n dengan satu sisi dopingnya berat. Sebagai hasilnya, Bult in medan listrik dan pita bengkok adalah yang sekarang secara pentng didalam semikonduktor seperti sumur. Seksi berikutnya bertujuan memberikan sebuah deskripsi kualitatif dari properti fisik dari sambungan logam-semikonduktor.

 

9.5.1. Formalitas

Parameter fisik yang dibutuhkan untuk ditentukan dalam deskripsi ini digambarkan pada Gambar 9.22. Untuk logam , termasuk energi Fermi EFM dan fungsi kerja Φm>0. Sebagaimana kita lihat ketika berdiskusi efek fotoelektrik dalam bab 3. Fungsi kerja dari logam adalah energi yang dibutuhkan untuk ekstrak satu elektron dari permukaan logam dan mendorong itu dalam vakum. Dalam beberapa cara kualitatif, fungsi kerja adalah energi yang berbeda antara energi Fermi dan tingkat vakum seperti pada Gambar 9.22. Untuk semikonduktor, parameter ketertarikan juga termasuk energi Ferminya EFs, fungsi kerjanya Φs>0, dan juga afinitas elektronnya χ>0. Yang terahir adalah energi yang diperlukan untuk mengekstrak satu elektron dari pita konduksi dari semikonduktor ke vakum, dan diberikan oleh energi yang berbeda antara bawah dari pita konduksi dan tingkat vakum. Sedikit nilai dari afinitas elektron dari lemen dalam tabel priodik yang diberkan dalam Gambar A.12 dalam Appendiks A.3.

gambar-9-22

Gambar 9.22 Energi Fermi, Fungsi kerja dalam sebuah logam dan sebuah semikonduktor, ketika ditentukan diisolasi dari satu sama lain. Level Vakum adalah sama dari baik material tetapi energi Fermi secara umum berbeda.

Jumlah dari pembengkokan pita dan arah transfer elektron tergantung perbedaan antara fungsi kerja dari logam dan semikonduktor. Dimana bahan-bahan tersebut diisolasi, level vakum adalah sama, seperti dilustrasikan pada Gambar 9.22. Tetapi ketika materi-materi tersebut disambungkan, energi Fermi harus sama dengan kedua sisi dari sambungan. Level vakum adalah pada sebuah sebuah energi Φm diatas di atas logam energi, namun Φs di atas energi Fermi semikonduktor. Ini berarti bahwa pita energi dalam semikonduktor harus bergeser ke atas oleh sejumlah sama dengan Φm– Φs untuk menurunkan energi Fermi pada kedua sisi sambungan.
Pada satu sis, jika Φm> Φs, pita energi dari semikonduktor secara aktual bergeser ke bawah degnan respek tersebut logam dan elektron ditransfer dari semikonduktor ke logam, seperti ditunjukkan Gambar 9.23. Tanda muatan pembawa yang nampak pada kedua sisi sambungan dan arah medan listrik built-in. Juga ditunjukkan pada Gambar 9.23, ditentukan dari analisis yang dilakukan dari logam ke semikonduktor.
gambar-9-23

Gambar 9.23 Level Energi, muatan pembawa diakumulasi dan medan built in dalam sambungan logam-semikonduktor. Ketika logam dan semikonduktor dibawa dalam kontak, pada kesetimbangan, profil pita energi dari semikonduktor dekat sambungan dimodifikasi sehingga energi Fermi sama dengan kedua bahan.

9.5.2. Schottky dan kontak Ohm
Sifat listrik dari sambungan logam-semikonduktor tergantung pada sebuah daerah penipisan yang dibuat sebagai hasil dari distribusi muatan. Fenomena ini pada gilirannya tergantung pada perbedaan fungsi kerja Φm– Φs dan tipe semikonduktor (n tipe atau p tipe).
Memang, kita tahu bahwa ketika Φm> Φs, elektron diekstrak dari semikonduktor ke logam.
Jika semikonduktor adalah tipe-n, kemudian proses penipisan semikonduktor dari elektron atau muatan pembawa mayoritas. Sebuah daerah penipisan nampak dekat sambungan dan kita peroleh seperti perilaku diode mirip sambungan p-n ketika eksternal bias diterapkan. Hal ini menunjukkan dal Gambar 9.24 (a). Situasi ini sering disebut sebagai kontak rectifying atau kontak Schottky.
Bagaimanapun, jika semikonduktor tipe-p, elektron yang diekstrak dari semikonduktor diambil dari pengotor tipe-p yang kemudian menjadi diionisasi. Proses ini membuat beberapa lubang atau muatan pembawa mayoritas. Pada kasus ini, disana tidak ada daerah penipisan, tetapi agak pembawa mayoritas yang diakumulasikan dekat daerah sambungan dan kita tidak mengobservasi sebiha dioda seperti perilakunya. Pembawa mayoritas bebas mengalir dalam arah yang lain dibawa pengaruh dari bias ekspernal. Hal ini ditunjukkkan pada Gambar 9.25 (a). Situasi ini sering disebut kontak Ohmik dan arus-tegangan karakteristik adalah linier.
Jika kita sekarang tentukan Φm< Φs, elektron dieksprak dari logam ke semikonduktor. Analisis sebelumnya dibutuhkan untuk terbalik. Dengan kata lain, untuk sambungan semikonduktor tipe-n akan menjadi kontak omik, namun untuk semikonduktor tipe-p akan menjadi kontak Schottky.
Empat konfigurasi tersebut ditunjukkan pada Gambar 9.24 dan Gambar 9.25 dan disimpulkan pada tabel 9.1.

gambar-9-24-a

gambar-9-24-b
Gambar 9.24 dua dari empat yang mungkin konfigurasi sambungan logam-semikonduktor menuju ke kontak Schottky (a) Φm> Φs dan sambungan tipe n (b) Φm< Φs sambungan tipe p.
gambar-9-25

gambar-9-25-b

Gambar 9.25 Dua dari empat yang mungkin konfigurasi logam-semikonduktor yang mendorong sebuah kontak ohmik (a)Φm> Φs tipe p (b) Φm> Φs dan tipe n. Tidak seperti konfigurasi menunjukkan dalam Gambar 9.24.

tabel-9-1

Tebel 9.1 Empat yang mungkin logam-semikonduktor dan hasil tipe kontak

Dalam kasus ini dari  kontak Schottky, keberadaan dari daerah penipisan maksudnya ada sebuah potensial barier yang melalui sambungan yang mana dapat digeser oleh sejumlah yang sama dengan -qV ketika tegangan eksternal V diaplikasikan antara logam dan semikonduktor. Ini kembali pengaruh arus yang mengalir dalam cara yang sma seperti sambungan p-n. Hal ini ditunjukkan pada Gmbar 9.26 pada kasus semikonduktor tipe-n. Bagaimanapun mungkin untuk memahami pembawa mayoritas dapat merespon arus transpor dalam sambungan logam semikonduktor  itu karena pembawa minoritas.

tabel-9-26

Gambar 9.26 Pita pergeseran di bawah dalam kontak Schottky logam (tipe-n) (a) bias maju dimana potensial barier dikurangi, (b) bias balik dimana potensial barier dinaikkan, kemudian menurunkan pembawa tuneling.

Tanda sambungan logam-semikonduktor adalah sama seperti sambungan p-n dengan menetapkan tipe semikonduktor. Meskipun mekasisme transpor arus dalam sebuah kontak Schottky agak berbeda dari sambungan p-n, arus-tegangan,untuk Schottky ideal mempunyai kesamaan dari sambungan p-n ideal.

dimana I0 adalah arus saturasi balik dan secara eksponensial proporsional menuju perbendaan antara fungsi kerja logam Φm dan elektron afinitas semikonduktor χ.

Be adalah konstanta Richarson konstan, dan untuk kebanyakan sambungan logam-semikonduktor Schottky itu bervareasi dari 10 sampai 100 k-2 cm-2. Quantitas (Φm-χ) yang dinotasikan qΦB, dimana ΦB, dimana ΦB disebut Schollky potensial barier tinggi. Untuk kontak Schollky, satu kebutuhan untuk mengambil perhitungan emisi thermionik (Apaendik A.9), juga pengontor dan kondisi interface, Pada kasusu ini, arus-tegangan. Pada kasusini, hubungan arus-tegangan

diberikan

dimana n adalah faktor idealistik sebagaimana dijelaskan pada penjelasan sebelumnya dan khususnya tipe 1 dan 2.

<<Sebelumnya|

Translate »