Descrever a estrutura de banda de uma junção metal-semicondutor se o semicondutor é do tipo
.
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 (
), afinidade eletrônica do semicondutor (
), energia de gap (
), alinhamento de níveis de Fermi e as barreiras de Schottky para elétrons (
) e buracos (
).
Passo 2
Antes do contato, temos duas entidades isoladas: o metal, caracterizado pela sua função trabalho
(diferença entre nível de vácuo e seu nível de Fermi
), e o semicondutor P, em que a afinidade eletrônica
é a diferença entre o nível de vácuo e a banda de condução
, e o Fermi
está próximo da banda de valência
.
Definimos as barreiras de energia na interface: a barreira para elétrons é dada por
Definimos as barreiras de energia na interface: a barreira para elétrons é dada por
e, como o gap vale
, a barreira para buracos fica
Passo 3
Ao colocar metal e semicondutor em contato e atingir o equilíbrio térmico e de Fermi, alinha-se
com
. Isso cria um potencial interno
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
.
Passo 4
Se
(ou seja,
), 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 (ou seja,
), 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.
Se
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
, nível de Fermi comum alinhado e as barreiras definidas por
e
.
Resposta
Em resumo, a junção metal–semicondutor tipo P é caracterizada pelas barreiras
No equilíbrio, o nível de Fermi do metal e do semicondutor se iguala, gerando curvatura das bandas no semicondutor. Se
, forma-se uma barreira deplecionada para buracos (Schottky); se
, há acumulação de buracos e o contato é ôhmico.