КДД_ФОМНЭ_2023_№ 5

1. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МИКРО- И НАНОЭЛЕКТРНИКИ

Лекция 5
ФАКУЛЬТЕТ ЭЛЕКТРОНИКИ
11.03.04 – Электроника и
наноэлектроника

2.

Работа выхода. Термодинамическая работа выхода
КОНТАКТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ – это неравновесные электронные явления,
возникающие при прохождении электрического тока через контакт двух твердых
тел.
Чтобы покинуть металл, электрон должен совершить работу по преодолению
задерживающего электрического поля в поверхностном слое металла, которую называют
работой выхода.
Если считать, что электрон не обладает кинетической энергией, то для
q2
выхода за пределы кристалла ему потребуется энергия U0=-eV0. Это и
F
2
есть полная работа выхода.
16 0 x
Поскольку электрон всегда обладает кинетической энергией, то для выхода из металла
ему необходима меньшая энергия. Наименьшая
работа совершается при удалении электрона с
уровня Ферми (при T = 0 K) называется термодинамической работой выхода æ0.
Работа выхода некоторых металлов: W - 4,5 эВ; Fe - 4,4 эВ; Cs - 1,9 эВ

3.

Контакт двух металлов. Контактная разность потенциалов
При сближении металлов с различной работой
выхода до такого расстояния, когда возможен
эффективный обмен электронами, начинается
перенос электронов из Ме2 в Ме1, т.к. уровень
Ферми у него выше, чем у Ме1. Процесс происходит
до тех пор, пока уровни Ферми не сравняются. При
этом в обоих металлах будет равная концентрация
электронов с равной энергией
e 0 eVk 20 10
Установление равновесия сопровождается
возникновением контактной разности потенциалов.
Она создает потенциальный барьер для
электронов, идущих из Ме2 в Ме1.
__________________________________________________________________________________________________________
Пусть 2 1 1эВ Величина зазора 10-9 м, напряженность поля в зазоре Eк = 109 В/м.
s . 0 E k
Vk 1
16 2
0
s 0 E k
0
n
e
e
0
d
5 10 м
e
Число свободных электронов в металле, приходящихся на 1 м2 поверхности равно 1019 м-2. Таким образом, для
установления равновесия необходим переход всего 0,5% электронов, лежащих на поверхности металла. Практически
обеднение столь незначительно, что концентрацию электронов можно считать неизменной.

4.

В отсутствие внешнего напряжения барьеры со стороны Me1 и Me2 равны:
W1 W2 eVк
E0
E0
Vвнеш = 0
E0
W2
W1
eVk = W1-W2
E0
W2
EF2
W1
EF2
EF1
EF1
Vвнеш > 0
E0
e(Vк - VВнеш)
W1
E0
W1
W2
EF1
W1
)
kT
W eV
j2 AT 2 exp( 1
)
kT
Vвнеш < 0
EF2
W2
EF1
EF2
j1 AT 2 exp(
eV
e(Vк + VВнеш)
eV
W
j j2 j1 AT 2 exp( 1 )(e kT 1) js (e kT 1)
kT

5.

Контакт металл – полупроводник
В полупроводниках работа выхода E0 – EFS зависит от концентрации легирующей примеси, т.к. при изменении степени легирования EFS изменяет свое
положение в запрещенной зоне между дном зоны проводимости EC и потолком
валентной зоны EV.