Metall-Halbleiter-Übergang
Einleitung
Wie bereits gelernt besteht eine Diode aus einem PN-Übergang. Jedoch wird, um die Diode zu benutzen, dieser PN-Übergang normalerweise über Metallkontakte nach außen geführt und so als Bauteil realisiert.
Dabei fällt auf, dass der Übergang von Metall zum Halbleiter bestimmte Eigenschaften aufweist. Diese sind teilweise störend, bergen aber auch neue Ideen und Herangehensweisen an die Halbleitertechnik.
⇨ Was ist eine Diode?
Erklärung
Bringt man ein Metall und einen dotierten Halbleiter zusammen, entsteht ein bestimmter Übergang. Der Metall-Halbleiter-Übergang. Allgemein unterscheidet man 2 Arten von Metall-Halbleiterübergängen.
⇨ Gleichrichtende Übergänge (Schottky-Kontakt)
⇨ Ohm‘sche Kontakte
Je nachdem, wie die Dotierung des Halbleiters und aber auch die Eigenschaften des gewählten Metalls gewählt sind, ergibt sich entweder ein Schottky-Kontakt oder ein ohmscher Kontakt.
Aufbau
Betrachtet man Metall und Halbleiter getrennt voneinander, besitzen beide eine bestimmte Fermi-Energie. Diese ist in der Regel unterschiedlich hoch. Beide Ferminiveaus gleichen sich an. Was das für Auswirkungen hat, zeigt sich unten.
Überblick 4 Varianten des Metall-Halbleiter-Übergangs
Zusammenfassung
Bei dem Schottky-Kontakt und auch bei dem Ohmschen-Kontakt gibt es jeweils 2 Varianten mit P dotiertem Halbleiter und N dotiertem Halbleiter.
Von dem Metall-Halbleiter-Übergang gibt es insgesamt 4 Varianten.
Der Unterschied zwischen beiden Kontakten ist die Austrittsarbeit der beiden Materialien.
Schottky-Kontakt: Metall + N-Halbleiter – Material Eigenschaften
Beim Schottky-Kontakt ist die Fermi-Energie des Metalls niedriger als die Fermi-Energie des N-Dotierten Halbleiter.
Das bedeutet die Austrittsarbeit des Metalls ist größer als die des Halbleiters.
Wm > Wh
Schottky-Kontakt: Metall + P-Halbleiter – Material Eigenschaften
Der Schottky-Kontakt kann auch aus einem Metall und einem P dotierten Halbleiter bestehen.
Hier ist allerdings die Austrittsarbeit des Halbleiters größer als die Austrittsarbeit des Metalls.
Wm < Wh
Ohmscher-Kontakt: Metall + N-Halbleiter – Material Eigenschaften
Beim Ohmschen-Kontakt mit N-Halbleiter ist die Fermi-Energie des Metalls höher als die Fermi-Energie des N-Dotierten Halbleiter.
Das bedeutet die Austrittsarbeit des Metalls ist geringer als die des Halbleiters.
Wm < Wh
Ohmscher-Kontakt: Metall + P-Halbleiter – Material Eigenschaften
Beim Ohmschen-Kontakt mit P-Halbleiter ist die Fermi-Energie des Metalls niedriger als die Fermi-Energie des P-Dotierten Halbleiter.
Das bedeutet die Austrittsarbeit des Metalls ist größer als die des Halbleiters.
Wm > Wh
Thermisches Gleichgewicht
Bisher haben wir das Metall und den Halbleiter getrennt betrachtet. Nun werden beide Materialien zusammengefügt.
Man spricht dann vom thermischen Gleichgewicht.
Was konkret passiert wird ausführlich in den entsprechenden Beiträgern erklärt.
⇨ Schottky-Kontakt
⇨ Ohmscher-Kontakt
Hier schauen wir uns die Unterschiede genauer an.
Beim Schottky-Kontakt bildet sich jeweils eine Verarmungszone im Halbleiter. Diese Verarmungszone verhindert ein weiteres diffundieren der Ladungsträger.
Bei dem Ohmsche-Kontakt kommt es zu einer Ladungsträger-Anreicherung. Dies führt zu einer entsprechenden Aufladung an der Grenze. Dies verhindert ebenfalls ein weiteres diffundieren der Ladungsträger.
Äußere Spannung an den Schottky-Kontakt
Der Schottky-Kontakt weist eine Gleichrichtende Wirkung auf. Das bedeutet vereinfacht gesagt: Der Strom kann nur in eine Richtung durchfließen, wie wir es von der klassischen Diode kennen.
Dabei ist die Austrittsarbeit des Metalls höher als die des Halbleiters.
Wird eine Flusspolung angelegt, können sich die Ladungsträger über den Übergang bewegen.
Bei Sperrpolung vergrößert sich die Barriere. Der Schottky-Kontakt sperrt. Die Ladungsträger können sich nicht über den Übergang bewegen.
Äußere Spannung an den Ohmschen-Kontakt
Wie bereits beschrieben, fließt durch den Ohmschen Kontakt immer eine Strom egal mit welcher Polung die Spannungsquelle angeschlossen wird.