電流はどのようにダイオードに入りますか？

私は、通常の半導体ダイオードがどのように機能するかを多かれ少なかれ理解していると思います。結晶は、異なる領域で異なるドープを行い、それらが出会う場所でキャリアが枯渇します。

ただし、回路を構築する実際のダイオードは、nドープおよびpドープシリコンのビットで終わりません。それらは、端から出ている金属リードを備えた小さなセラミック/プラスチックパッケージです。どういうわけか、これらの金属リードと内部の半導体の間を電流が流れる必要があります。

そして問題があります。物事を正しく理解すれば、金属が究極のnキャリア材料になるはずです。格子内のすべての原子は、伝導帯に少なくとも1つの電子を与えます。半導体のpドープされた端に金属リードを貼り付けるとき、順方向電流が流れるために間違った方向に進む別​​のpn接合を取得する必要があります。

とにかくコンポーネント全体が順方向に伝導できるのはなぜですか？

シリコンと金属の界面の面積を非常に大きくして、p /金属接合の逆方向漏れ電流の合計が、ダイオード全体に流す順電流よりも大きくなるだけですか？（私は、マルチアンペアの整流器用に細かく交互に配置された大量の金属とシリコンを想像しています）。それとも他に何かが起こっていますか？

ショットキーダイオードと呼ばれるタイプのダイオードがあります。これは基本的に金属と半導体の接合であるため、ダイオードだけでなく、半導体デバイスと金属接点をどのように形成するのかという疑問が生じます。

答えは、ある状況で金属-半接合がダイオード動作を示す理由にあります。まず、金属半導体とn型およびp型半導体の違いをすばやく調べる必要があります。

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半導体の場合、バンドは少し異なります。中央には電子が嫌いな隙間があります。構造は、通常は電子で満たされた価電子帯と、通常は空の伝導帯に分割されます。半導体のドーピング量に応じて、平均エネルギーが変化します。n型では、追加の電子が伝導帯に追加され、平均エネルギーが上昇します。p型では、価電子帯から電子が除去され、平均エネルギーが下がります。

金属領域と半導体領域の間に不連続な接合がある場合、簡単に言えば、バンド構造が曲がります。半導体のエネルギーバンドは、接合部の金属のエネルギーバンドと一致します。ルールは、フェルミエネルギーが構造全体で一致する必要があり、エスケープエネルギーレベルが接合部で一致する必要があるということです。バンドがどのように曲がるかに応じて、内蔵のエネルギー障壁が形成されるかどうか（ダイオード）が決まります。

仕事関数を使用したオーム接触

金属がn型半導体よりも高い仕事関数を持っている場合、半導体のバンドは上に曲がってそれに対応します。これにより、伝導帯の下端が上昇し、電子が半導体の伝導帯から金属に流れるために克服しなければならない電位障壁（ダイオード）が生じます。

逆に、金属の仕事関数がn型半導体よりも低い場合、半導体のバンドは曲がってそれに対応します。電子はエネルギーを獲得して金属に到達する必要がないため、これにより障壁が生じません。

p型半導体の場合、逆のことが当てはまります。p型材料では多数キャリアが価電子帯の正孔であるため、金属は半導体よりも高い仕事関数を持たなければならないため、電子は金属から半導体に流出する必要があります。

ただし、このタイプの連絡先はほとんど使用されません。コメントで指摘しているように、最適な電流は、ダイオードに必要な電流とは逆です。完全を期して、純粋なオーム接点とショットキーダイオード接点の構造の違いを調べるために、これを含めることにしました。

トンネリングを使用したオーム接触

より一般的な方法は、ショットキー形式（バリアを形成する）を使用することですが、バリアを大きくすることです-奇妙に聞こえますが、それは本当です。バリアを大きくすると、薄くなります。障壁が十分に薄い場合、量子効果が引き継がれます。電子は基本的にバリアをトンネルし、接合部はダイオードの動作を失います。その結果、今度はオーミックコンタクトを形成します。

電子が大量にトンネリングできるようになると、障壁は基本的に抵抗経路にすぎません。電子は、バリアを介して、つまり金属から半へ、または半から金属へと、双方向にトンネルできます。

バリアは、金属と半導体のフェルミレベルの差が大きくなるため、バンドの曲がりが大きくなるように、コンタクト周辺の領域で半導体をより強くドーピングすることにより高くなります。これにより、バリアが狭くなります。

Pタイプでも同じことができます。トンネリングは、価電子帯の障壁を通して発生します。

半導体とのオーミック接続が完了したら、接続ポイントに金属ボンドパッドを堆積し、それらをダイオードの金属パッド（SMD）または脚（スルーホール）にワイヤボンディングできます。

あなたが言及しているコンタクトは、業界ではオーミックコンタクトとして知られており、半導体加工冶金の重要でしばしば困難な側面です。少なくとも実際には、科学よりも芸術と言う人もいます。

あなたは、単純な金属-半導体接点がショットキー接合として一般に知られているPN接合を形成し、半導体と導体の界面では望ましくないことは正しいです。

半金属接合の固有のショットキー特性を回避するために、通常、半導体は意図した接点で高濃度にドープされ、空乏領域を非常に小さく保ちます。これは、「通常の」接合物理ではなく、電子トンネリングがオーム接触における重要な電子輸送メカニズムであることを意味します。

第二に、遷移金属と呼ばれる特定の接点金属が高温で接点領域のシリコンに堆積および合金化され、さらに接点に接合されるボンドワイヤとの良好なオーム接点を形成するように作用します。遷移金属は半導体の種類に大きく依存しますが、シリコン半導体にはアルミニウム、チタンタングステン、シリサイドが一般的に使用されます。