Емкость запорного слоя шоттки

Подадим на идеальный контакт металл - полупроводник (без зазора) с запорным слоем Шоттки внешнее напряжение U так, чтобы отрицательный потенциал был на полупроводнике. При этом считаем, что удельное сопротивление полупроводника мало и все поданное напряжение падает на сопротивлении ОПЗ. Тогда разность потенциальных энергий электрона в металле и в объеме полупроводника уменьшится на величину еU и на энергетической диаграмме контакта металл - полупроводник все уровни при х > 0 на столько же поднимутся вверх по сравнению с термодинамическим равновесным случаем (рис.3 а). Поскольку внешняя работа выхода Х₀ на зависит от подаваемого напряжения, то изгиб зон в полупроводнике станет равным Ф₀ - eU. При подаче на контакт внешней разности потенциалов противоположной полярности (теперь она по знаку будет совпадать с контактной разностью потенциалов все уровни на энергетической диаграмме при х > 0 опустятся вниз на величину eU, а изгиб зон в полупроводнике станет равным Ф₀ + eU (рис. 3 6).

Рис. 3. Энергетические диаграммы запорного слоя Шоттки при наличии внешнего смещения: а — отрицательный потенциал на полупроводнике, б — положительный потенциал на полупроводнике.

Внешняя разность потенциалов влияет не только на величину изгиба зон в ОПЗ, но и на ширину слоя Шоттки. Вместо соотношения (21) запишем

(23)

Отсюда видно, что при достаточно большом отрицательном потенциале на полупроводнике, когда eU= Ф₀, d=0, т.е. запорный слой исчезает и поданное напряжение равномерно распределяется по всей длине полупроводника. При увеличении разности потенциалов обратной полярности d растет и при eU Ф₀ d U^1/2 .

Модуляция ширины слоя Шоттки внешним напряжением приводит к изменению заряда доноров в нем , где S_K – площадь контакта. Исходя из определения электрической емкости, можно записать следующее выражение для емкости слоя Шоттки или барьера Шоттки

(24)

или с учетом того, что |Ф₀| = eU_K

(25)

Из соотношения (25) имеем

(26)

Задача о нахождении выражений для d и С_б усложняется, если примесь распределена по объему полупроводника неоднородно или если кроме мелких в полупроводнике имеются примеси, создающие глубокие уровни в запрещенной зоне.