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10.9 : 金属半導体接合のバイアス

金属半導体接合のバイアスには、接合全体に電圧をかけることが含まれます。具体的には、金属は電圧源に接続され、半導体は接地されます。この技術は、ダイオード、トランジスタ、光電池などの電子デバイスにおける電流の方向と大きさを制御するために不可欠です。

半導体が n 型であるショットキー接合では、半導体に対して金属に正の電圧をかけると、フェルミ準位が低下します。これにより、半導体内の電子が金属に移動するために克服する必要があるエネルギー障壁が低下します。これにより、半導体から金属への電子の大きな流れが可能になり、接合が順バイアスされているときに電流が急速に増加します。負の電圧が適用される場合、状況は逆転します。金属のフェルミ準位が上昇し、半導体から金属への電子の流れに対する障壁が強化されます。これにもかかわらず、いくつかの電子が障壁を乗り越えることができ、わずかな逆バイアス電流が生成されます。

オーミック接合は異なる動作をします。大きな障壁がないため、わずかな正電圧でも大きな順方向バイアス電流を誘導し、半導体から金属への電子の流れを容易にします。逆バイアスでは、金属から半導体への電子の流れに対する最小限の障壁が存在しますが、逆バイアス電圧が数十分の1ボルトを超えると、この障壁は事実上消滅します。

p型半導体では相互作用のダイナミクスが変わります。ショットキー接合とオーミック接合の両方でn型半導体について説明されている動作は逆になります。バイアスによって電流の流れを操作するこの能力は、多くの電子部品の動作に不可欠であり、幅広いデバイスの機能の基盤となります。

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BiasingMetal semiconductor JunctionsSchottky JunctionsN type SemiconductorFermi LevelForward BiasReverse BiasCurrent FlowOhmic JunctionsP type SemiconductorsElectron FlowVoltage Source

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