Photovoltaik Physik und Technologie der Solarzellen - IPHT Jena

4.9.3 Schottky-Kontakte
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Metall-Halbleiter-Kontakte, bei denen es zu einer Bandverbiegung kommt, heißen Schottky-
Kontakte. Im Allgemeinen liegen verwickelte Verhältnisse vor, weil fast nie eine ideale Halbleiteroberfläche
an eine ideale Metalloberfläche grenzt, sondern Zwischenschichten aus Metalloder
Halbleiteroxiden auftreten. Diese sind Nichtleiter und tragen oft Ladungsdichten. Die
Zwischenschichten sind experimentell schwer kontrollierbar. Daher ist eine befriedigende
Beschreibung mit Vorhersagekraft schwierig.
Wie beim p-n-Übergang liegen die Fermi-Niveaus von Metall und Halbleiter vor Kontakt auf
unterschiedlicher Höhe. Bei Kontakt fließen so lange Elektronen von einem zum anderen, bis
sich die Fermi-Niveaus angeglichen haben, sodass eine Potentialdifferenz auftritt. Wegen der
hohen Dichte der freien Ladungsträger im Metall ist die Debye-Länge dort meist kleiner als der
Atomabstand und es tritt keine Bandverbiegung auf. Im Halbleiter ist die Debye-Länge viel
größer und die Bänder verbiegen sich im Längenmaßstab von l D.
Je nachdem, ob ein p- oder n-Halbleiter vorliegt und ob die Austrittsarbeit beim Metall größer
oder kleiner ist als im Halbleiter, können vier verschiedene Fälle auftreten (Abb. 4.23). Zwei
von diesen führen zu ohmschen Kontakte, die zwei anderen zu nicht-ohmschen Kontakten,
deren Verhalten einem p-n-Übergang ähnelt. Eine geladene Zwischenschicht führt zu einem
zusätzlichen Potentialsprung zwischen Metall und Halbleiter. Jedenfalls bildet sich ein
Diffusions- oder Kontaktpotential aus und im Halbleiter nahe der Grenzfläche entsteht eine
Raumladungszone.
4.9.4 Heteroübergänge
Kontakte zwischen zwei verschiedenen Halbleitern nennt man Heteroübergänge. Auch hier sind
die Verhältnisse meist dadurch kompliziert, dass die Grenzflächen durch Zwischenschichten
gestört sind, an denen Ladungsdichten sitzen. Der Idealfall ist in Abb. 4.24 dargestellt. Die
Situation vor dem Kontakt ist oben abgebildet. Nach dem Kontakt liegt das Fermi-Niveau in
beiden Halbleitern auf der selben Höhe, was dadurch zustande kommt, dass sich eine Potentialdifferenz
zwischen den Halbleitern einstellt, die durch Umgruppierung von Ladungen entsteht.
Mit dem Potential verbiegt sich das Bandschema. Solange keine Flächenladungen auftreten,
macht das Potential keine Sprünge. Da die energetischen Abstände zwischen Vakuumniveau,
Leitungs- und Valenzbandkante in jedem der beiden Halbleiter unverändert bleiben, die
Bandlücke aber verschieden ist, geht das nur so, dass die Bandkanten an der Grenze Sprünge
machen. Wenn man die Elektronenaffinitäten in beiden Halbleitern und die Bandlücke kennt,
dann liegen diese Sprünge im Idealfall fest (Anderson-Modell). Durch Flächenladungen können
die Sprünge verändert werden.
4 Halbleiter I: Gleichgewicht F. Falk, Photovoltaik WS 2010/11