Akım nasıl diyot olur?

Sanırım sıradan bir yarı iletken diyotun nasıl çalıştığını daha az ya da çok anlıyorum: Kristal farklı bölgelerde farklı şekillerde katlandı, buluştukları yerdeki taşıyıcı tükenmesi, bla bla bla.

Bununla birlikte, devreleri oluşturan gerçek diyotlar, n katkılı ve katkılı silikon bitleriyle bitmez. Metal uçları uçlarından çıkan küçük seramik / plastik ambalajlardır . Her nasılsa mevcut metal uçlar ve içerideki yarı iletken arasında akımın geçmesi gerekiyor.

Ve bir sorun var. Her şeyi doğru anlarsam, bir metal nihai n taşıyıcı madde olmalıdır - kafesdeki her atom bir iletken bandına en az bir elektron katkısı yapar. Yarı iletkenin p-katlı ucuna metal bir kurşun tutturduğumuzda, ileri akımın akması için yanlış yöne giden bir başka pn-kavşağı almalıyız .

Tüm bileşen nasıl olsa ileriye doğru nasıl ilerleyebilir?

Silikon metal ara yüzünün alanını o kadar büyük yapmak meselesi, p / metal bağlantısının toplam ters kaçak akımı tüm diyotun taşımasını istediğimiz ileri akımdan daha büyük mü? (Çok amperli redresörler için büyük hacimlerde ince iç içe geçmiş metal ve silikon hayal ediyorum). Yoksa devam eden başka bir şey mi var?

Temelde metal-yarı iletken bir bağlantı olan Schottky diyot adı verilen bir diyot türü vardır, bu nedenle, sadece bir diyotla değil, herhangi bir yarı iletken cihazla nasıl metal teması kurarsınız sorusunu gündeme getirir.

Bu sorunun cevabı neden bazı durumlarda yarı metal bir kavşakta diyot davranışı sergilemektedir. Öncelikle, metal ve n tipi ve p tipi yarı iletkenler arasındaki farka hızlıca bakmamız gerekir.

$\phi_m$

Yarı iletkenler için, bantlar biraz farklıdır. Ortada elektronların olmaktan hoşlanmadığı bir boşluk var. Yapı, tipik olarak elektronlarla dolu olan değerlik bandına ve tipik olarak boş olan iletim bandına bölünür. Yarı iletkenin ne kadar katlandığına bağlı olarak, ortalama enerji değişecektir. N-tipinde, ortalama enerjiyi yukarı çeken iletken bandına ilave elektronlar eklenir. P-tipi elektronlarda değerlik bandından uzaklaştırılır, ortalama enerjiyi düşürür.

Metal ve yarı iletken bölgeler arasında ayrık bir bağlantıya sahipseniz, basit terimlerle bant yapısının bükülmesine neden olur. Yarı iletkendeki enerji bantları, kavşaktaki metalinkine uydurur. Kurallar, Fermi enerjilerinin yapı boyunca eşleşmesi gerektiği ve kaçış enerji seviyesinin kavşakta eşleşmesi gerektiğidir. Bantların nasıl büküldüğüne bağlı olarak, yerleşik bir enerji bariyerinin oluşup oluşmayacağına (diyot) karar verecektir.

İş Fonksiyonunu Kullanarak Ohmik Temas

Metal n tipi bir yarı iletkenden daha yüksek bir iş fonksiyonuna sahipse, yarı iletkenin bantları onu karşılamak için yukarı doğru bükülür. Bu, iletken bandın alt kenarının yükselmesine ve elektronların yarı iletken iletken bandından metale akması için aşılması gereken potansiyel bir bariyere (diyot) neden olur.

Tersine, metal n-tipi yarı iletkenden daha düşük bir iş fonksiyonuna sahipse, yarı iletken bantları onu karşılamak için eğilir. Bu, bariyer oluşturmaz çünkü elektronların metale girmesi için enerji kazanması gerekmez.

P tipi bir yarı iletken için, bunun tersi geçerlidir. Metal, yarı iletkenden daha yüksek bir çalışma fonksiyonuna sahip olmalıdır, çünkü p tipi bir malzemede çoğunluk taşıyıcılar değerlik bandında deliklerdir, bu nedenle elektronların metalden yarı iletkene akması gerekir.

Bununla birlikte, bu temas türü nadiren kullanılır. Yorumlarda işaret ettiğiniz gibi, optimum akım akışı diyotta ihtiyacımız olanın tam tersidir. Bütünlüğü dahil etmeyi ve saf bir Ohmik temasın yapısı ile bir Schottky diyotun temasının arasındaki farka bakmayı seçtim.

Tünel kullanarak ohmik temas

Daha yaygın olan yöntem, Schottky formatını kullanmak (bir engel oluşturur), ancak engeli büyütmek için - kulağa garip geliyor ama bu doğru. Bariyeri büyüttüğünde, incelir. Bariyer yeterince ince olduğunda, kuantum efektleri devreye girer. Elektronlar temel olarak bariyerden tünel açabilir ve birleşme noktası diyot davranışını kaybeder. Sonuç olarak, şimdi bir Ohmik temas kuruyoruz.

Elektronlar çok sayıda tüneli açtıklarında, bariyer temel olarak dirençli bir yoldan başka bir şey olmaz. Elektronlar bariyer boyunca her iki yönde de tünel yapabilir, yani metalden yarıya veya yarıdan metale.

Bariyer, bantlardaki bükülmeyi daha büyük olmaya zorlayan temas etrafındaki bölgedeki yarı iletken daha fazla katlanarak daha yüksek yapılır, çünkü metal ile yarı iletken arasındaki Fermi seviyesindeki fark büyür. Bu da bariyerin daralmasına neden olur.

Aynı P tipi ile yapılabilir. Tünel oluşturma değerlik bandındaki bariyerden meydana gelir.

Yarı iletkenle bir Ohmik bağlantı kurduğunuzda, bağlantı noktasına metal bir bağ yastığı bırakabilir ve daha sonra bunları diyot metal yastığına (SMD) ya da bacaklara (delik boyunca) bağlayabilirsiniz.

Bahsettiğiniz temas, endüstrideki ohmik bir temas olarak bilinir ve yarı iletken işleme metalurjisinin önemli ve çoğu zaman zor bir yüzüdür. Bazıları en azından pratikte, bir bilimden çok bir sanat diyebilir.

Basit bir metal yarı iletken kontaktının, genellikle Schottky birleşimi olarak bilinen ve yarı iletkende iletken ara yüzüne istenmeyen bir PN bağlantısı oluşturduğu konusunda haklısınız.

Yarı-metal bağlantıların doğal Schottky doğasını aşmak için, öncelikle yarı iletken, tükenme bölgesini çok küçük tutmak için, amaçlanan temasta ağır biçimde katlanmaktadır. Bu, "normal" birleşim fiziği yerine elektron tünellemesinin, omik bir temastaki önemli elektron taşıma mekanizması olduğu anlamına gelir.

İkincisi, geçiş metalleri adı verilen spesifik temas metalleri, yüksek sıcaklıklarda temas alanındaki silikonun içine çökeltilir ve alaşımlanır; bu, daha sonra temasa bağlanan bağ telleri ile iyi bir ohmik temas oluşturmak için hareket eder. Geçiş metalleri yarı iletken tipine büyük ölçüde bağlıdır, ancak alüminyum, titanyum-tungsten ve silisitler genellikle silikon yarı iletkenler için kullanılır.