Контакт металла с металлом

Контактные явления в твердом теле

21.6.1.Контактная разность потенциалов.

Работа выхода

Электрон в кристалле находится в потенциальной яме.

Потенциальная функция за пределами ямы соответствует состоянию электрона в вакууме и обычно приравнивается нулю.

Термодинамической работой выхода называют работу, которую необходимо совершить для удаления электрона находящегося в состоянии с энергией, соответствующей уровню Ферми на такое расстояние от тела, где можно пренебречь его воздействием на электрон, т.е.

,

где - энергия свободного электрона;

- энергия Ферми.

Определение работы выхода в связи с уровнем Ферми, вызвано тем, что теоретически удаление электрона из состояния уровня Ферми не вызывает нарушения термодинамического равновесия твердого тела..

 

Контакт металла с металлом

Рассмотрим контакт двух металлов (Ме) М1 и М2 с концентрациями электронов проводимости , энергетические диаграммы которых до контакта и после приведения в контакт показаны на рис.21.18.

Процессы, происходящие после приведения в контакт М1 и М2:

1)так как , возникнет диффузионный ток электронов из М1 в М2

;

2)М1 заряжается положительно, М2 – отрицательно;

3) ; ;

4) потенциальная энергия электронов , ;

5) между М1 и М2 появляется электростатическое поле , направленное от М1 к М2, которое вызывает ток дрейфа , направленный противоположно диффузионному току;

6) устанавливается равновесие, при котором уровни Ферми в М1 и М2 выравниваются и

;

7)между точками внутри металлов устанавливается внутренняя контактная разность потенциалов

;

8) на поверхностях металлов устанавливается внешняя контактная разность потенциалов

.

21.6.2.Электронно-дырочный переход.

Контакт между примесными п/п с различным типом проводимости называетсяp-n-переходом.

Обычно p-n-переходы выполняют на базе монокристалла путем специальной обработки различных его участков ( -гомопереходы).

21.6.2.1.Физические процессы в - переходе

1)Так как концентрации одноименных носителей заряда в - и -областях различны, возникает диффузия (рис.21.20):

- электроновиз - в - область

,

- дырок из - в - область

,

где - абсолютная величина заряда носителя;

; - коэффициенты диффузии электронов и дырок;

; - градиенты концентрации электронов и дырок.

2)В результате диффузии область около поверхности раздела заряжается, область - . Эти заряды создают в области контакта двойной электрический слой, состоящий из нескомпенсированных ионов в - области и – в - области.

3)Сопротивление области контакта увеличивается – поэтому область контакта называют запирающим слоем.

4) Потенциалы: ; .

5)Потенциальная энергия электронов: ; .

6)В двойном слое зарядов возникает электрическое поле, направленное от - к - области ( также и Δφ_p,n ), которое вызывает дрейфовый ток ( ток неосновных носителей), противоположный току диффузии.

7) При равновесии уровни Ферми в обоих п/п выравниваются (рис.21.21) и

.

21.6.2.2. Вольтамперная характеристика - - перехода

Распределение по энергии носителей заряда в п/п близко к распределению Больцмана число электронов и дырок, участвующих в диффузии через - - переход в единицу времени в отсутствие внешнего поля ~ ток диффузии ~ .

В состоянии равновесия ток диффузии равен по величине току дрейфа

│I _диф│ = │I _др│ = │I ₀│~ .

Если к - - переходу приложена внешняя разность потенциалов , то изменится количество диффундирующих носителей и изменится ток диффузии

^~

,

где - , зависящая от .

Ток дрейфа под действием изменяется слабо, так как ; для тока диффузии эта зависимость - .

Полный ток электронов и дырок через - - переход (рис.21.22):

. (21.56)

При прямом включении p –n- перехода (рис.21.23а) ток диффузии возрастает по закону:

 

При обратном включении (рис.21.23б) ток диффузии стремится к нулю, а дрейфовый ток становится преобладающим:

Величина прямого тока при одних и тех же значениях напряжения превышает значение обратного в раз.

Нелинейность и асимметрия ВАХ - - перехода используется в электронных приборах, предназначенных для выпрямления, преобразования, усиления и генерации колебаний.