Полупроводниковые преобразователи (ПП) на основе контакта металл – полупроводник (КМП) широко используются в современных электронных устройствах для преобразования различных видов энергии в электрическую. Такие ПП КМП, как солнечные элементы, фотоэлементы, тензоэлементы, датчики механических напряжений, датчики радиационных излучений и др. с одной стороны нашли интенсивное применение, с другой – их электрофизические свойства все еще систематически исследуются. Установлено, что электрофизические процессы, происходящие в таких реальных ПП часто трудно интерпретируются с помощью основных положений фундаментальных теорий и энергетических моделей идеализированных КМП.
Результаты современных экспериментальных и теоретических исследований твердо установили существенные различия в электрофизических процессах, происходящих в реальных и идеальных КМП. Одной из основных причин этого различия является образование дополнительных электрических полей в полупроводниковых приконтактных активных областях КМП из-за как эмиссионной неоднородности границы раздела контактирующих материалов, так и ограниченности контактной поверхности со свободными поверхностями металла и полупроводника. Необходимо отметить, что энергетические модели и механизмы токопрохождения в реальных КМП с учетом объективно существующих дополнительных электрических полей достаточно хорошо объясняют почти все особенности экспериментально наблюдаемых электрофизических параметров и характеристик ПП КМП, изготовленных на различных контактных структурах при различных экспериментальных условиях [1]. К сожалению, свойства КМП с дополнительным электрическим полем все еще мало изучено.
Полупроводниковые преобразователи обычно изготавливаются на основе известных теоретических принципов, реализуемых на нескольких физических элементах, например, на p-n переходе, гетеропереходе, КМП, металл – диэлектрик - полупроводник структуре и металл – диэлектрик - металл структуре. В отличие от других физических элементов, такая особенность, как образование дополнительных электрических полей в полупроводниковой приконтактной активной области реальных КМП открывает перспективы изготовления ПП КМП на основе новых физических принципов. Так как, дополнительное электрическое поле играет активную роль как в образовании потенциального барьера в реальных КМП, так и в особенности токопрохождения. При этом потенциальный барьер образуется даже в том случае, когда известные условия Шоттки о выпрямлении КМП не выполняются. Это ярко выражается при использовании металлических и полупроводниковых наночастиц в качестве контактирующих материалов для изготовления ПП КМП.
Для определенности рассматрим ПП КМП, созданные на основе композитных материалов, содержащих в диэлектрических матрицах металлические и полупроводниковые наночасатицы.
Схематическое изображение КМП на основе контакта металлических наночастиц (Z) в диэлектрической матрице (D) со сплошной полупроводниковой пластинкой (П) представлено на рис.1. На определенную однородную поверхность полупроводниковой пластинки с работой выхода ФП наносится тонкая (толщина порядка линейные размеры наночастиц) композитная пленка с металлическими наночастицами с работой выхода ФМ. На границах раздела металлических наночастиц и полупроводника образуется дополнительное электрическое поле (ЕD), следовательно потенциальный барьер с высотой ФВO, из-за контактной разности потенциалов между контактной поверхности с ФВ = ФМ - ФП и свободных поверхностей металла с ФМ и полупроводника с ФП. Структура снабжается омическими контактами в виде металлических пленок М1 и М2.
Схематическое изображение КМП на основе контакта полупроводниковых наночастиц (Z) в диэлектрической матрице (D) со сплошной металлической пластинкой (M) представлено на рис.2. На определенную поверхность металлической пластинки с работой выхода ФМ наносится тонкая (толщина порядка линейные размеры наночастиц) композитная пленка с полупроводниковыми наночастицами с работой выхода ФП. На границах раздела полупроводниковых наночастиц и металлической пленкой образуется дополнительное электрическое поле (ЕD), следовательно потенциальный барьер с высотой ФВO, из-за контактной разности потенциалов между контактной поверхности c ФВO =ФМ - ФП и свободных поверхностей металла c ФМ и полупроводника c ФП. Структура снабжается омическими контактами в виде металлических пленок М и М1.
[1] Р.К.Мамедов, Контакты металл – полупроводник с электрическим полем пятен, Баку, БГУ, 2003, 231 с.
