Full resolution (JPEG) - On this page / på denna sida - H. 6. 7 februari 1948 - Icke linjära motstånd av halvledande och spärrskiktbildande material, av Bertil Stålhane
<< prev. page << föreg. sida << >> nästa sida >> next page >>
Below is the raw OCR text
from the above scanned image.
Do you see an error? Proofread the page now!
Här nedan syns maskintolkade texten från faksimilbilden ovan.
Ser du något fel? Korrekturläs sidan nu!
This page has never been proofread. / Denna sida har aldrig korrekturlästs.
72
TEKNISK TIDSKRIFT
har man i fall av överskottsledande typ funnit den
ge-nomsläppsriktning, som svarar mot Schottkys teori18.
Vid Elektrovärmeinstitutet har utförts serier av försök
med bättre definierade förhållanden i system av metall
—kiselkarbid. Med avrundade metalldornar (silver,
platina, järn), tryckta mot utvalda kristaller till viss storlek
hos anliggningsytan, och med speciellt preparerade nära
spärrskiktfria motkontakter på kristallkroppen har
erhållits resultat, som även kvantitativt är fysikaliskt
intressanta. Fig. 7 visar ett ventildiagram för en kombination
av platina och ljust grön kiselkarbid
(elektronöverskotts-ledare) med en anliggningsyta av 0,15 mm2 (tryck 10 kp).
Genomsläppsriktning för elektronströmmen är från
halvledare till metall.
Strömtätheten gick i detta försök upp till det höga värdet
ca 100 A/cm2. Likriktningsfaktorn räknat som
strömförhållande vid + 2 V och — 2 V är ca 50 000. Dessa siffror
är utan tvivel tekniskt lockande. Diagrammet visar
emellertid väsentliga olägenheter: dels föreligger en utpräglad
och tämligen hög tröskelspänning i "plusriktning (ca 1 V),
dels är spärrspänningen i minusriktning relativt låg (ca
5 V). Likriktningsfaktorn räknat på spänning i
genom-släpps- och spärriktning blir därför mindre god. Systemet
kan förmodligen förbättras, men en principiell
begränsning av tillämpningarna ligger i kiselkarbidens såväl
tekniska som fysikaliska struktur.
För den spänningsberoende resistansen i
genomsläppsriktning ger Schottky-teorin en god belysning och i vissa
fall även kvantitativt giltiga resultat19. Det väsentliga för
vår diskussion är rymdladdningarnas förskjutning vid
ändring av spänningen till storlek eller riktning.
Förhållandena illustreras av fig. 8, som utgör ett principschema för
ett system av metall, isolatorskikt, halvledare och spärrfri
kontakt. (Spärrskikt i fysikalisk mening uppstår mellan
metall och halvledare även utan särskilt materialskikt som
isolator.) Koncentrationen av rörliga elektroner i
halvledaren (överskottsledare) markeras av linjen nr,. Nära
spärrskiktet avtar koncentrationen, vilket motsvarar
uppkomsten av en positiv rymdladdning i halvledaren och en
negativ rymdladdning i isolatorskiktet. I metallen är
elektronkoncentrationen mycket stor och utsträckningen av
den positiva rymdladdningen nära skiktet och
motsvarande negativa rymdladdning i skiktet mycket liten. Eftersom
det här gäller ett system med positiva joner i fasta gitter,
bestämmes ledningsförmågan av koncentrationen av de
tillgängliga elektronerna. Ledningselektronernas potentiella
energi, som står i omvänd proportion till koncentrationen,
anges schematiskt i det understa diagrammet. De olika
Fig. 7. Ventildiagram
för system
metall—kiselkarbid—spärrfri
kontakt (platina och
ljust grön kiselkarbid
med anliggningsyta
1,5X10~~3 cm2;
genomsläppsriktning: elektronström från
halvledare till metall); C
ka-pacitansen i systemet.
Nedtill förstoring av
strömområdet nära
origo.
Fig. 8. Schema för ventilverkan hos system
metall—isolator—halvledare (elektronöverskott)—spärrfri kontakt. 0
yttre spänningen noll, S spärriktning, G
genomsläppsriktning.
kurvgrenarna anger fördelningen vid en pålagd spänning,
som motsvarar genomsläppsriktning G, vid spänningen
noll och vid spänning i spärxiktning S. Det understa
diagrammet visar att potentilbarriären höjes vid spänning
i spärriktning och sänkes i genomsläppsriktning i
förhållande till fördelningen vid yttre spänningen noll.
Ventilverkan kan också betraktas såsom en funktion av
ledningsförmågan i systemet; det blir därvid naturligt, att
en negativ potential på halvledaren (överskottsledare) —
alltså elektronström från halvledaren till metallen — ger
en förskjutning till minskad utsträckning av det
elektronfattiga området i halvledaren och ökad
elektronkoncentration i "isolatorskiktet", dvs. lågt motstånd i systemet
(genomsläppsriktning). Vid motsatt spänning uppstår i
stället en förskjutning till högt motstånd (spärriktning).
I det fall att halvledaren är en elektronunderskottsledare
(hålledare) fungerar "hålen" såsom positiva
laddningsbärare och rymdladdningarna i halvledaren byter tecken.
Därmed växlar också ventilsystemet polaritet till
genomsläppsriktning vid positiv potential på halvledaren såsom
är fallet i systemen selen—sprutmetall och kopparoxidul—
koppar.
En förutsättning för god riktningsverkan är ett lämpligt
förhållande mellan koncentrationen av laddningsbärare i
halvledaren (ledningsförmåga) och vid metallen samt
lämplig tjocklek hos ett eventuellt mellanliggande
isolatorskikt. En väsentlig förbättring av riktningsverkan hos
ovannämnda tekniska system synes ligga däri, att
halvledarens ledningsförmåga successivt avtar i närheten
av-skiktet på grund av minskat antal störställen, alltså oavsett
rymdladdningarna. Därigenom kommer en förskjutning
av rymdladdningsfronten att få en ökad effekt. Det är
svårt att uppfylla dessa villkor för god teknisk verkan i
systemet kiselkarbid—kiselsyraskikt—metall.
Symmetriska system
Även vid symmetriska system av
halvledare—isolatorskikt—halvledare, såsom i aggregat av kiselkarbidkorn
med kiselsyraytskikt, uppträder rymdladdningar vid
gränsytorna, som betyder en nedsättning av kiselkarbidens
ledningsförmåga (partikelkoncentration) nära skiktet och en
ökning av skiktets egen ledningsförmåga. Även i detta fall
får spärrskiktet i fysikalisk mening en större tjocklek än
det egentliga materialskiktet och frontytorna kommer att
<< prev. page << föreg. sida << >> nästa sida >> next page >>
