10.9 : Polaryzacja złączy metal-półprzewodnik

Polaryzacja złączy metal-półprzewodnik polega na przyłożeniu napięcia na złącze. W szczególności metal jest podłączony do źródła napięcia, podczas gdy półprzewodnik jest uziemiony. Technika ta jest niezbędna do kontrolowania kierunku i wielkości przepływu prądu w urządzeniach elektronicznych, w tym diodach, tranzystorach i ogniwach fotowoltaicznych.

W złączach Schottky'ego, gdzie półprzewodnik jest typu n, przyłożenie dodatniego napięcia do metalu względem półprzewodnika zmniejsza jego poziom Fermiego. Obniża barierę energetyczną, którą elektrony w półprzewodniku muszą pokonać, aby przedostać się do metalu. Umożliwia to znaczny przepływ elektronów z półprzewodnika do metalu, co skutkuje szybko rosnącym prądem, gdy złącze jest spolaryzowane w kierunku przewodzenia. Po przyłożeniu napięcia ujemnego sytuacja się odwraca. Poziom Fermiego w metalu wzrasta, wzmacniając barierę przed przepływem elektronów z półprzewodnika do metalu. Mimo to kilka elektronów może pokonać barierę, generując niewielki prąd polaryzacji wstecznej.

Złącza omowe zachowują się inaczej. Ze względu na brak znaczącej bariery nawet niewielkie napięcie dodatnie może indukować duży prąd polaryzacji w kierunku przewodzenia, umożliwiając łatwy przepływ elektronów z półprzewodnika do metalu. W przypadku polaryzacji zaporowej istnieje minimalna bariera dla przepływu elektronów z metalu do półprzewodnika, ale bariera ta skutecznie znika, jeśli napięcie polaryzacji zaporowej przekracza kilka dziesiątych wolta.

Dynamika interakcji zmienia się w przypadku półprzewodników typu p. Zachowanie opisane dla półprzewodników typu n zarówno w złączach Schottky'ego, jak i omowych jest odwrotne. Ta zdolność do manipulowania przepływem prądu poprzez polaryzację jest niezbędna do działania wielu komponentów elektronicznych, zapewniając podstawę funkcjonalności szerokiej gamy urządzeń.