Photovoltaik Physik und Technologie der Solarzellen - IPHT Jena

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4.9.3 Schottky-Kontakte - 53 - 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
- 54 - 4 Halbleiter I: Gleichgewicht F. Falk, Photovoltaik WS 2010/11 E 0 bzw. E 0 -eφ: Vakuumniveau; M: Metall; S: Halbleiter; Φ: Austrittsarbeit Metall; Χ: Elektronenaffinität Abb. 4.23: Metall-Halbleiter-Kontakte in vier unterschiedlichen Fällen; oben vor Kontakt, unten nach Kontakt [Enderlein]
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