Туннелирование в микроэлектронике — страница 3

  • Просмотров 2546
  • Скачиваний 170
  • Размер файла 76
    Кб

находится выше, чем EF2 в М2, соответствующие работы выхода А1<А2. Если Т1 в М2, так как напротив заполненных уровней в М1 будут находиться свободные уровни в М2. В общем случае поток электронов n12 в первоначальный момент времени будет значительно больше, чем поток n21. При этом из-за оттока электронов М1 будет заряжаться положительно, а М2- отрицательно. Электрон, переходящий из М1 в М2, переносит заряд –q, создавая разность потенциалов

на контакте –V. Последующие электроны должны преодолевать возникающий потенциальный барьер –qV, величина которого непрерывно увеличивается с ростом числа перешедших в М2 электронов. Работа, совершаемая электронами по преодолению энергетического барьера –qV, переходит в потенциальную энергию электронов, в результате чего все энергетические уровни в М1 опускаются, а в М2 подымаются (рис. 2.1.2). A2 qVk A1 n21 EF1 EF2 n12 d M1 M2 Рис. 2.1.2

Энергетическая диаграмма контакта двух металлов в равновесном состоянии Этот процесс будет происходить до тех пор, пока уровни Ферми в М1 и М2 не установятся на одной высоте. После чего против заполненных уровней М1 окажутся занятые уровни в М2 с той же плотностью электронов. При этом потенциальный барьер для электронов, движущихся слева направо, станет равным потенциальному барьеру для электронов, движущихся из М2 в М1, и поток

n12 станет равным n21. Между металлами устанавливается равновесие, которому отвечает контактная разность потенциалов: (2.1.1) Величина контактной разности потенциалов составляет от десятых долей вольта до нескольких вольт, но при этом из-за большой концентрации носителей заряда в металлах в создании Vk участвуют всего около одного процента электронов, находящихся на поверхности металла. В результате толщина образующего

потенциального барьера очень мала. Как было сказано выше в первоначальный момент времени при контакте металлов, n12>n21 и соответствующие термоэлектронные токи I1>I2. Для этих токов мы можем записать уравнения термоэлектронной эмиссии: (2.1.2) (2.1.3) где А* - постоянная Ричардсона; S –площадь контакта. После выравнивания уровней Ферми поток I2 останется неизменным, а поток I1 уменьшиться, так как для того, чтобы перейти электрону из М1 в

М2 кроме преодоления работы выхода А1 ему необходимо преодолеть разность потенциалов в зазоре Vk. Тогда ток I1 станет равным: (2.1.4) При равенстве уровней Ферми двух металлов I1=I2 и результирующий ток через контакт равен нулю. Величину тока, текущего из одного металла в другой в равновесном состоянии, обозначим как Is=I1=I2. Теперь рассмотрим процессы, происходящие в контакте при пропускании через него внешнего тока. Пусть внешнее поле