Schottky-Kontakt (Sperrschicht-Kontakt)

Entstehung des Schottky-Kontakt

Der Schottky Kontakt kann auf zwei unterschiedliche Varianten erfolgen. Einmal Metall + N dotierter Halbleiter oder Metall + P dotierter Halbleiter.
Das Metall und der Halbleiter müssen dabei bestimmte Eigenschaften aufweisen, damit es sich auch um einen Schottky Kontakt handelt.
Ansonsten kann es sich auch um ein Ohmschen Kontakt handeln. Mehr hierzu: ⇨ Ohm‘sche Kontakte
Welche Eigenschaften das sind wird im Folgenden näher erklärt. Hierzu müssen Metall und Halbleiter getrennt voneinander betrachtet werden (also noch nicht zusammengefügt).

Material Eigenschaften – Metall + N-Halbleiter
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

Material Eigenschaften – Metall + P-Halbleiter
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

Thermische Gleichgewicht – Schottky-Kontakt

Zusammenfügen von Metall und N-Halbleiter
Nun werden Metall und Halbleiter zusammengebracht.
Dies hat zur Auswirkung, dass Elektronen vom Halbleiter in das Metall übergehen – sie diffundieren in das Metall.
Grund hierfür ist, dass die Austrittsarbeit des Halbleiters geringer ist als die des Metalls.

Bezogen auf das Bändermodell hat dies folgende Auswirkung:
Elektronen gehen vom Halbleiter weg -> Hierdurch sinkt das Bändermodell des Halbleiters hinunter.
Elektronen kommen zum Metall hinzu -> Hierdurch steigt das Bändermodell des Metalls an.

Das bedeutet: Die Elektronen gehen vom Halbleiter in das Metall über, bis die Fermi-Niveaus auf gleichem Level sind.

Aus Sicht der Ladungsträger bewegen sich beim Zusammenfügen beider Materialien ein Paar Elektronen vom Halbleiter zum Metall. Zurück bleiben die Donatoren (die ionisierten Störstellen). Es entsteht eine Raumladungszone.
Dies hat zur Folge, dass sich an der Grenze der Halbleiter gegenüber dem Metall auflädt. Es entsteht wie beim PN-Übergang eine Spannung. Durch die Spannung können auch keine weiteren Elektronen vom N-Dotierten-Gebiet ins Metall übergehen. (Im Bändermodell durch den Anstieg zu sehen). Man spricht von einer Barriere.
Der N-Halbleiter lädt sich gegenüber dem Metall um die Spannung Uk auf. Diese Spannung Uk wirkt wie eine Barriere.

Nun ist das thermische Gleichgewicht des Metall-Halbleiter-Übergangs entstanden.
Hier fließt kein Strom durch den Schottky-Kontakt.

Warum, kann einfach über das Bändermodell erklärt werden.
Aus den Grundlagen zum Bändermodell wissen wir, dass gerne der Vergleich zu Murmeln herangezogen wird. Die Elektronen verhalten sich wie Murmeln oder Bälle und können den Berg nicht nach oben rollen / über eine Barriere rollen.

Die hier entstandene Barriere verhindert also, dass (ohne äußere Spannung) die Elektronen vom Halbleiter in das Metall übergehen können. Und auch die Elektronen können vom Metall nicht zum Halbleiter übergehen. Dies verhindert diese Barriere.

Zusammenfügen von Metall und P-Halbleiter
Bringt man Metall und P-Halbleiter zusammen, gehen somit Elektronen vom Metall in den p-Halbleiter über. Sie diffundieren in den P-Halbleiter, weil die Austrittsarbeit des Metalls geringer ist.
Die Elektronen des Metalls setzen sich in die freien Löcher des P-Halbleiters. Somit entsteht an der Grenze beim P-Halbleiter eine Verarmungszone mit nicht kompensierten negativen Raumladungen. (Wie beim N-HL nur eben negativ).
Beim Bändermodell zieht es das Metall runter und der Halbleiter geht nach oben. Die Fermi-Niveaus gleichen sich an.

Nun befindet sich der Schottky-Kontakt im thermischen Gleichgewicht. Ohne äußere Spannung können die Ladungsträger den Grenzbereich nicht überqueren.
Wie wir bereits wissen, verhalten sich die Löcher im Bändermodell wie Luftblasen. Sie möchten hochsteigen.
Im Bild ist zu sehen, dass es im thermischen Gleichgewicht nicht möglich ist, dass sich die Löcher in das Metall bewegen.

Flusspolung / Positive Spannung – Schottky-Kontakt

Flusspolung – Metall + N-Halbleiter
An den N-Halbleiter wird der -Pol und an das Metall der +Pol gelegt.
Wie wir aus den Grundlagen zum Bändermodell wissen, hat ein +Pol die Eigenschaft das Bändermodell herunter zu ziehen und durch den -Pol steigt das Bändermodell hoch.
-> Grundlagen Bändermodell

Dies hat hier die Auswirkung, dass die Barriere abgebaut wird und der Strom durch den Metall-Halbleiter-Übergang fließen kann. Die Elektronen verhalten sich, wie erklärt, wie Murmeln oder Bälle und können sich so zum Metall bewegen.

Aus Sicht der Ladungsträger flutet der -Pol den N-Halbleiter. Die Raumladungszone wird auch geflutet und somit abgebaut. Somit können die Elektronen fließen.

Flusspolung – Metall + P-Halbleiter
Es wird der -Pol an das Metall gelegt und der +Pol an den p dotierten Halbleiter.
Wie immer: Der -Pol zieht das Bändermodell nach oben und der +Pol zieht es nach unten.
-> Grundlagen Bändermodell

Die Löcher-Barriere wird somit aufgehoben.
Es kann ein Löcherstrom vom Halbleiter zum Metall stattfinden.

Aus Sicht der Ladungsträger flutet der +Pol den P-Halbleiter mit Löchern. Die Raumladungszone wird also mit Löchern geflutet und somit abgebaut. Die Elektronen des Metalls diffundieren in den P-Halbleiter. So kommt es zu einem Stromfluss.

Sperrpolung / Negative Spannung – Schottky-Kontakt

Sperrpolung – Metall + N-Halbleiter
Hier wird an den N-Halbleiter der +Pol und an das Metall der -Pol angelegt. Hier gilt ebenfalls: +Pol zieht das Bändermodell nach unten und der -Pol zieht es nach oben.
In diesem Fall hat dies die Auswirkung, dass die Barriere noch weiter steigt.

Aus Sicht der Ladungsträger werden durch den +Pol Elektronen aus dem N-Halbleiter gezogen und die Raumladungszone vergrößert sich.

Sperrpolung – Metall + P-Halbleiter
+Pol an das Metall und -Pol an den p dotierten Halbleiter.
+Pol zieht das Bändermodell nach unten und der -Pol zieht es nach oben.
Löcher-Barriere wird vergrößert.
Es kann kein Löcherstrom vom Halbleiter zum Metall stattfinden.

Aus Sicht der Ladungsträger werden durch den -Pol die Löcher aus dem P-Halbleiter gezogen und die Raumladungszone vergrößert sich.

Weitere Themen

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Schottky-Diode