Файл: Ненакаливаемые катоды..pdf

электрическая постоянная и толщина промежуточного диэлектрического слоя; е — заряд электрона.

В отсутствии поверхностных состояний (Ds = 0) a = l и выражение (4.17) превращается в классическое урав­

потенциального барьера не зависит от фм и положение уровня Ферми жестко фиксируется на значение фо по­ верхностными состояниями, полностью экранирующими влияние контактирующего металла. Эти условия реали­ зуются на практике для полученных скалыванием в ва­ кууме поверхностей некоторых полупроводниковых кри­ сталлов. Как показали измерения [8], даже на свободной поверхности некоторых полупроводников плотность со­ стояний настолько велика, что связанный с ним изгиб зон у поверхности практически не изменяется при напы­ лении на нее пленки любого металла.

При этом для большой группы полупроводников со

[Ю], что приблизительно равно плотности атомов на по­ верхности {11].

Для контактов на основе полупроводников с большей долей ионной связи, распределение поверхностных со­ стояний внутри запрещенной зоны таково, что их влия­ ние на высоту барьера слабее. Наглядно это продемон­ стрировано на рис. 4.6 [5] на примере контактов на осно­ ве Cd(SxSei_x), причем доля ионной связи растет по мере перехода от чистого CdSe (х = 0) к чистому CdS (х=1).

111

«более ионного» CdS высота барьера хорошо коррели­ рует с работой выхода металла, точнее с его электро­ отрицательностью. Последняя характеризует способ­ ность , атома данного вещества в молекуле к присоеди-

металла, измеренные для массивных металлических образцов,строго говоря, нельзя использовать при анализе данных о высотах барьеров. Прямые из­ мерения tpto для пленок металлов, нанесенных на различные полупроводниковые подложки, показыва­ ют, что работа выхода пленки зависит не только от тол­ щины пленки [22], но и от свойств подложки и способа нанесения металла. Так, например, для Au величина <рм

1 1 2

менялась от 5,59 (на CdS и ZnO) до 5,08 эВ (на Cd'Te) [8]. Можно полагать, что в некоторых случаях имеет ме­ сто квазиэпитаксиальный процесс при напылении метал­

тонкий (10... 15А) диэлектрический слой между полу­ проводником и металлом. При этом плотность поверх­ ностных состояний, оцениваемая по (4.17), оказывается на 1... 2 порядка меньше, чем в случае скола для тех же самых контактирующих пар. Например, для контак­ тов на основе Si величина Ds равна приблизительно 1012 см-2 эВ-1 и 3-1013 на основе GaAs. Различие величин Ds для GaAs с большим процентом ионных связей для двух методов очистки поверхности заметно меньше, чем для Si (всего в 2 раза). Можно считать, что тонкий ди­ электрический слой почти полностью «насыщает» обо­ рванные связи поверхностных атомов полупроводника и, кроме того, для металла, отделенного от полупроводника диэлектриком, величина <рм по приведенным выше со­ ображениям должна быть ближе к значению для мас­ сивного образца (структура металл — вакуум). Дейст­ вительно, при химическом методе очистки поверхности: данные о высотах барьеров удовлетворительно коррели­ руют с работой выхода металлов (рис. 4.7) согласно за­ висимости (4.17). Оцененная для этого случая величина а для диодов на основе Si оказалась близкой к 0,67 [9].

Очевидно, что для создания ненакаливаемого катода более перспективными (с точки зрения достаточно боль­ шой высоты барьера) являются широкозонные полупро­ водники. Как правило такие полупроводники труднее легируются примесями и требуют более сложных мето­ дов очистки поверхности. Большая часть сведений о кон­ тактах на основе таких полупроводников относится иско­ лотым поверхностям. Краткая сводка результатов для этой группы материалов приведена в табл. 4.1.

Вольт-амперные характеристики реальных диодов Шоттки заметно отличаются от идеальных, даже если исключить влияние периферии контакта и различного рода паразитных утечек через несовершенства контакта. Это относится как к величине тока насыщения, так и к величине наклона характеристики в прямом направле­ нии, построенной в координатах lg / в функции от при-

Таблица 4.1

К о н т а к т н ы е б а р ь е р ы н а г р а н и ц е н е к о т о р ы х п о л у п р о в о д н и к о в с м е т а л л а м и

*) Метод вольт-амперных характеристик. **) Метод вольт-емкостных характеристик.

***) Метод фото-э. д. с.

114