Descrever a estrutura de banda de uma junção metal-semicondutor se o semicondutor é do tipo P.

Passo 1

A questão pede a descrição do diagrama de bandas de uma junção metal–semicondutor com semicondutor tipo P. O conteúdo envolve o conceito de função trabalho do metal ( phiM), afinidade eletrônica do semicondutor ( chi), energia de gap ( Eg), alinhamento de níveis de Fermi e as barreiras de Schottky para elétrons ( phiBn) e buracos ( phiBp).

Passo 2

Antes do contato, temos duas entidades isoladas: o metal, caracterizado pela sua função trabalho phiM (diferença entre nível de vácuo e seu nível de Fermi EF,M), e o semicondutor P, em que a afinidade eletrônica chi é a diferença entre o nível de vácuo e a banda de condução EC, e o Fermi EF,S está próximo da banda de valência EV.
Definimos as barreiras de energia na interface: a barreira para elétrons é dada por
phiBn = phiM - chi
e, como o gap vale Eg, a barreira para buracos fica
phiBp = Eg - phiBn = Eg + chi - phiM .

Passo 3

Ao colocar metal e semicondutor em contato e atingir o equilíbrio térmico e de Fermi, alinha-se EF,M com EF,S. Isso cria um potencial interno Vbi que faz as bandas do semicondutor se curvarem perto da interface. A curvatura e o tipo de região (depleção ou acumulação) dependem do sinal de phiBp.

Passo 4

Se phiM>chi+Eg (ou seja, phiBp>0), forma-se uma barreira retificadora para buracos: as bandas no semicondutor se inclinam para baixo, gerando região de depleção de portadores tipo P junto à interface (contato Schottky).
Se phiM (ou seja, phiBp<0), não há barreira para buracos e surge acumulação deles na interface: as bandas se inclinam para cima e o contato se comporta quase como ôhmico.

Passo 5

O diagrama final, em energia versus posição, mostra à esquerda o metal com seu nível de Fermi constante, à direita o semicondutor P com bandas dobradas de acordo com Vbi, nível de Fermi comum alinhado e as barreiras definidas por phiBn e phiBp.

Resposta

Em resumo, a junção metal–semicondutor tipo P é caracterizada pelas barreiras
phiBn=phiM-chi e phiBp=Eg+chi-phiM
No equilíbrio, o nível de Fermi do metal e do semicondutor se iguala, gerando curvatura das bandas no semicondutor. Se phiM>chi+Eg, forma-se uma barreira deplecionada para buracos (Schottky); se phiM, há acumulação de buracos e o contato é ôhmico.

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