Контакт металла с металлом
Контактные явления в твердом теле
21.6.1.Контактная разность потенциалов.
Работа выхода
Электрон в кристалле находится в потенциальной яме.
Потенциальная функция за пределами ямы соответствует состоянию электрона в вакууме и обычно приравнивается нулю.
Термодинамической работой выхода называют работу, которую необходимо совершить для удаления электрона находящегося в состоянии с энергией, соответствующей уровню Ферми на такое расстояние от тела, где можно пренебречь его воздействием на электрон, т.е.
,
где 
- энергия свободного электрона;
- энергия Ферми.
Определение работы выхода в связи с уровнем Ферми, вызвано тем, что теоретически удаление электрона из состояния уровня Ферми не вызывает нарушения термодинамического равновесия твердого тела..
Контакт металла с металлом
Рассмотрим контакт двух металлов (Ме) М1 и М2 с концентрациями электронов проводимости 
, энергетические диаграммы которых до контакта и после приведения в контакт показаны на рис.21.18.
Процессы, происходящие после приведения в контакт М1 и М2:
1)так как , возникнет диффузионный ток электронов из М1 в М2
;
2)М1 заряжается положительно, М2 – отрицательно;
3) 
; 
;
|
4) потенциальная энергия электронов 
, 
;
5) между М1 и М2 появляется электростатическое поле 
, направленное от М1 к М2, которое вызывает ток дрейфа 
, направленный противоположно диффузионному току;
6) устанавливается равновесие, при котором уровни Ферми в М1 и М2 выравниваются и
;
7)между точками внутри металлов устанавливается внутренняя контактная разность потенциалов
;
8)на поверхностях металлов устанавливается внешняя контактная разность потенциалов
.
21.6.2.Электронно-дырочный переход.
Контакт между примесными п/п с различным типом проводимости называетсяp-n-переходом.
Обычно p-n-переходы выполняют на базе монокристалла путем специальной обработки различных его участков ( 
-гомопереходы).
21.6.2.1.Физические процессы в - переходе
1)Так как концентрации одноименных носителей заряда в 
- и 
-областях различны, возникает диффузия (рис.21.20):
- электроновиз - в - область
,
- дырок из - в - область
,
где 
- абсолютная величина заряда носителя;
; 
- коэффициенты диффузии электронов и дырок;
; 
- градиенты концентрации электронов и дырок.
2)В результате диффузии область около поверхности раздела заряжается, 
область - 
. Эти заряды создают в области контакта двойной электрический слой, состоящий из нескомпенсированных ионов в - области и – в - области.
3)Сопротивление области контакта увеличивается – поэтому область контакта называют запирающим слоем.
4) Потенциалы: 
; 
.
5)Потенциальная энергия электронов: 
; 
.
6)В двойном слое зарядов возникает электрическое поле, направленное от - к - области ( 
также и p,n ), которое вызывает дрейфовый ток (ток неосновных носителей), противоположный току диффузии.
7) При равновесии уровни Ферми в обоих п/п выравниваются (рис.21.21) и
.
21.6.2.2. Вольтамперная характеристика - - перехода
Распределение по энергии носителей заряда в п/п близко к распределению Больцмана число электронов и дырок, участвующих в диффузии через - - переход в единицу времени в отсутствие внешнего поля ~ 
ток диффузии ~ .
В состоянии равновесия ток диффузии равен по величине току дрейфа
I диф = I др = I 0~ .
Если к - - переходу приложена внешняя разность потенциалов 
, то изменится количество диффундирующих носителей и изменится ток диффузии
~ 
,
где 
- 
, зависящая от 
.
Ток дрейфа под действием 
изменяется слабо, так как 
; для тока диффузии эта зависимость - 
.
Полный ток электронов и дырок через - - переход (рис.21.22):
. (21.56)
При прямом включении p –n- перехода 
(рис.21.23а) ток диффузии возрастает по закону: 
При обратном включении 
(рис.21.23б) ток диффузии стремится к нулю, а дрейфовый ток становится преобладающим: 
Величина прямого тока при одних и тех же значениях напряжения превышает значение обратного в 
раз.
Нелинейность и асимметрия ВАХ - - перехода используется в электронных приборах, предназначенных для выпрямления, преобразования, усиления и генерации колебаний.