Fisica de semiconductores

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ALEJANDRO MIRANDA
(Física de Semiconductores) Ing. Electrónica-Electricista

Trabajo Práctico Nro. 12: Juntura Metal- Semiconductor- Diodo Schottky

Objetivos: Estudiar el comportamiento de la juntura Metal-Semiconductor. Caracterizar al diodo Schoktty y compararlo con el diodo de unión PN común.

Bibliografía sugerida:

El diodo PN de unión- G. Neudeck

Dispositivos electrónicos para Circuitos Integrados - Müller y Kamins

Semiconductor physics & devices. Basic principles. - D. Neamen

Semiconductor devices an introduction.- J. Singh
Física del estado sólido y de semiconductores - J. McKelvey
Introduction to device modeling and circuit simulation - Fjeldly, Ytterdal & Shur

Introducción:
Las junturas entre un metal y unsemiconductor constituyen un tema de gran interés tecnológico porque son el camino de comunicación del semiconductor con el mundo exterior en cualquier dispositivo de estado sólido, incluyendo la interconexión interna en los circuitos integrados.
Las junturas metal-semiconductor pueden ser de dos tipos:
• Rectificantes, denominadas barreras Schottky, permiten el paso de la corriente en un solosentido.
• Óhmicas, que presentan una resistencia muy baja y permiten el paso de la corriente en ambos sentidos.

Contacto rectificante: Diodo de barrera Schottky

Un metal en contacto con un semiconductor moderadamente dopado puede formar un contacto rectificante llamado diodo de barrera Schottky. El mecanismo de corriente en el diodo Schottky es diferente que en el caso de un diodo dejuntura PN, y es debido al flujo de portadores mayoritarios. Muchos metales pueden ser usados para crear barreras Schottky sobre semiconductores de silicio (Si) o arseniuro de galio (GaAs). Para GaAs los metales más usados son platino, titanio y oro.
Para comprender el mecanismo de funcionamiento de este tipo de juntura (figura 1) debemos comenzar por analizar la estructura de bandas de energía paraun metal y para un semiconductor. En la figura 2 se muestra el diagrama de bandas de energía para un metal y un semiconductor de tipo N, antes del contacto.











El nivel de vacío Eo es usado como nivel de referencia y representa la energía que tendría un electrón si estuviera libre de la influencia del material. El parámetro q (m [eV] es la función trabajo del metal que resultade la diferencia entre el nivel de vacío Eo y el nivel de Fermi en el metal EFm. La función trabajo del metal es la energía mínima necesaria para liberar a un electrón del metal.
La cantidad q (s [eV] es la función trabajo del semiconductor, y depende de la concentración del dopaje, porque la posición del nivel de Fermi EFs depende del tipo de dopado y de su concentración. La altura de la barrerade energía en la superficie del semiconductor se expresa por la cantidad q ( [eV], donde ( es la afinidad electrónica. La afinidad electrónica es una constante del material y resulta de la diferencia de energía entre el nivel de vacío y el borde de la banda de conducción.
En este caso particular se ha supuesto que (m > (s.
En la figura 3 se muestra el diagrama de bandas de energía resultantecuando el metal y el semiconductor se ponen en contacto y en condición de equilibrio térmico.


































Cuando se establece el contacto entre los materiales, las diferencias de energía provoca una transferencia de electrones desde el semiconductor hacia el metal de modo de igualar los niveles de Fermi, en condiciones de circuito abierto. Enel semiconductor se forma así una región de carga espacial debida a los átomos donadores ionizados. Se crea un campo eléctrico que se opone al flujo de electrones y en equilibrio se producirá una curvatura de las bandas del lado del semiconductor. La forma del diagrama de bandas de energía para el sistema metal-semiconductor está gobernada por tres reglas:
• En equilibrio el nivel de Fermi...
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