10.8 : الوصلات المعدنية وأشباه الموصلات

يمكن أن يؤدي التلامس بين المعدن وأشباه الموصلات إلى تكوين وصلة إما بسلوك شوتكي أو أوميك.

حواجز شوتكي

تنشأ حواجز شوتكي عندما يتصل معدن بوظيفة عمل (Φ_m) مع شبه موصل له وظيفة عمل مختلفة (Φ_s). في البداية، تنتقل الإلكترونات حتى تصل مستويات فيرمي للمعدن وأشباه الموصلات إلى حالة التوازن. على سبيل المثال، إذا كانت Φ_m > Φ_s، يكون مستوى فيرمي لأشباه الموصلات أعلى من مستوى المعدن قبل الاتصال. يجب رفع الإمكانات الكهروستاتيكية لأشباه الموصلات لمحاذاة مستويات فيرمي، مما يؤدي إلى منطقة استنفاد حيث تعمل الشحنات الموجبة من الأيونات المانحة غير المعوضة على موازنة الشحنة السالبة على المعدن. يمكن حساب عرض الاستنفاد في أشباه الموصلات بشكل مشابه لذلك الموجود في تقاطعات p-n.

تمنع إمكانات التلامس المتوازن (V_o) المزيد من انتشار الإلكترونات من شريط توصيل أشباه الموصلات إلى المعدن. هذا الجهد هو الفرق في إمكانات وظيفة العمل (Φ_m - Φ_s). يتم إعطاء ارتفاع الحاجز المحتمل (Φ_B) لحقن الإلكترون من المعدن في نطاق توصيل أشباه الموصلات بواسطة Φ_m - χ، حيث χ هي تقارب الإلكترون.

اتصالات أومية

في العديد من التطبيقات، مثل الدوائر المتكاملة، من الضروري وجود وصلات معدنية أومية لأشباه الموصلات ذات خاصية I-V خطية في كلا الاتجاهين المتحيزين. تتشكل الاتصالات الأومية عندما يتم توفير الشحنة المستحثة في أشباه الموصلات لمحاذاة مستويات فيرمي بواسطة ناقلات الأغلبية. على سبيل المثال، في أشباه الموصلات من النوع n حيث Φ_m < Φ_s، تنتقل الإلكترونات من المعدن إلى شبه الموصل لمحاذاة مستويات فيرمي، مما يؤدي إلى رفع طاقات الإلكترون في أشباه الموصلات. وينتج عن هذا حاجز صغير أمام تدفق الإلكترونات، يمكن التغلب عليه بسهولة عن طريق جهد كهربائي صغير. وبالمثل، بالنسبة لأشباه الموصلات من النوع p حيث Φ_m > Φ_s، يتم تسهيل تدفق الثقبوب عبر الوصلة، مما يضمن الحد الأدنى من المقاومة وعدم تصحيح الإشارة.