Ara poder explicar de una forma correcta el efecto schottky es necesario conocer las conocer el comportamiento en los dos diferentes sistemas

Efecto Schottky

Para poder explicar de una forma correcta el efecto schottky es necesario conocer las conocer el comportamiento en los dos diferentes sistemas; metal-vacío y metal-semiconductor ya que con estos dos sistemas se ex0plica el comportamiento del dispositivo schottky.

Metal-vacío

En un sistema metal vacío la energía necesaria para que se libere un electrón desde la energía inicial en el nivel de fermi al vacío, es definida por la función de trabajo del metal, así mismo cuando el electrón está a una cierta distancia del metal se introduce una carga positiva en la superficie de este la cual genera una fuerza de atracción entre el electrón y la superficie, también llamada fuerza de imagen generando a primera instancia una disminución en la barrera de potencial.

La barrera de potencial del metal está dada por la función de trabajo efectiva del metal que es disminuida cuando se le es aplicado un campo eléctrico () a la superficie; esto sucede debido a la combinación de efectos del campo y la fuerza de imagen como se ve en la figura 1(c) siendo este el efecto Schottky.[pic 1]

[pic 2]

Figura  1 Proceso del efecto Schottky

Metal- Semiconductor

Una vez observado un sistema metal vacío se analiza de manera similar cuando se sustituye el vacío por un semiconductor, esto conlleva algunos cambios que afectaran en el campo y las  fuerzas que actúan en el efecto schottky.

En primera instancia el campo eléctrico que actúa es el campo máximo en la interface y la permitividad del espacio libre se cambia por permitividad del semiconductor; si este valor de la permitividad del semiconductor es grande la barrera disminuye y la localización del punto máximo de potencial es menor que el correspondiente en el sistema metal-vacío como se ve en la figura 2(c).

Aunque la barrera es pequeña tienen un efecto en el proceso de corriente del sistema metal-semiconductor. La diferencia entre sistemas se observa en la figura 2 donde se comparan y se muestra la energía de la banda de conducción (Ec).

[pic 3]

Figura  2 Comparativa de Efecto Schottky en un sistema metal-vacío y uno metal- semiconductor

La fuerza imagen constante del dieléctrico es comparable a la constante dieléctrica.

Relación de banda de energía en el contacto metal-semiconductor

Condición ideal y estados de superficie

Cuando un metal hace contacto con un semiconductor el nivel de fermi en los dos materiales coinciden en un equilibrio termodinámico, considerándose con esto dos casos (limites)

1.- se considera la relación energética en un contacto ideal entre un metal y un semiconductor tipo n en la ausencia de estados de superficie

Para este caso no están en contacto entre si el metal y el semiconductor por ello como tal no existe un equilibrio térmico mostrado en la figura 3(a), a lo cual se le soluciona colocando un cable entre ellos para hacer fluir la carga y lograr el equilibrio; el nivel de fermi en el semiconductor baja una cantidad igual a la diferencia entre las dos funciones de trabajo, esta diferencia de potencial le es llamada contacto de potencial.

Conforme disminuye la distancia hay un incremento de carga negativa en la superficie del metal y una opuesta en el semiconductor sobre la región de barrera cerca de la superficie del semiconductor , si la distancia es pequeña comparable con la distancia interatómica la brecha se hace transparente para los electrones como se muestra en la figura 3(d).

[pic 4]

Figura  3 Diagrama de bandas de energía para contacto metal-semiconductor

La altura de la barrera es la diferencia de la función de trabajo y la afinidad del electrón en el semiconductor además que el nivel de fermi permanece constante al estar en equilibrio.

2.- se considera que hay una alta densidad de los estados de superficie presente en el semiconductor.

Este está en equilibrio entre los estados de superficie y el relleno del semiconductor pero hay equilibrio entre metal semiconductor, para este caso en el que el metal y el semiconductor están en equilibrio el nivel de fermi del semiconductor con relación al del metal debe caer a una cantidad aproximada al contacto de potencial, por ello se produce un campo eléctrico en la brecha.

Si la densidad de estados de superficie es suficientemente grande para acomodar cualquier carga de superficie adicional resultante de disminuir la brecha sin una alteración apreciable del nivel de fermi el espacio de carga del semiconductor no se ve afectado, por lo tanto la altura de la barrera es determinado por las propiedades de la superficie del semiconductor y no por la función del trabajo del metal.

[pic 5]

Figura  4 Diagrama de bandas de un contacto Schottky en equilibrio Termodinámico

Capa de agotamiento

Cuando un metal se pone en contacto íntimo con un semiconductor, la banda de conducción y de valencia de este se ponen en una relación de energía definida con el nivel de fermi del metal; Al unir el metal con el semiconductor, intercambian partículas hasta que el nivel de fermi sea constante en toda la estructura, en la parte más cercana a la unión los electrones del semiconductor saltan al metal produciendo en esta zona una región en donde la densidad de electrones libres disminuye de manera significativa, siendo esta la zona de agotamiento como se muestra en la figura 5.

...