Làm thế nào để hiện tại nhận được vào một diode?

Tôi nghĩ rằng tôi hiểu ít nhiều về cách thức một diode bán dẫn thông thường hoạt động: Pha lê pha tạp khác nhau ở các vùng khác nhau, sự suy giảm chất mang nơi chúng gặp nhau, bla bla bla.

Tuy nhiên, điốt thực tế mà người ta xây dựng các mạch không kết thúc bằng các bit silicon pha tạp n và pha tạp p. Chúng là những gói gốm / nhựa nhỏ với đầu kim loại đi ra từ đầu. Bằng cách nào đó, dòng điện cần phải đi qua giữa các dây dẫn kim loại và chất bán dẫn bên trong.

Và có một vấn đề. Nếu tôi hiểu mọi thứ một cách chính xác, một kim loại phải là vật liệu mang n cuối cùng - mỗi nguyên tử trong mạng tinh thể đóng góp ít nhất một electron vào dải dẫn. Khi chúng ta gắn một dây dẫn kim loại vào đầu pha tạp p của chất bán dẫn, chúng ta phải có một đường nối pn khác, một đường đi sai hướng cho dòng điện phía trước chảy.

Làm thế nào đến toàn bộ thành phần có thể tiến hành theo hướng chuyển tiếp?

Có phải chỉ là vấn đề làm cho diện tích của giao diện silicon-kim loại lớn đến mức tổng dòng rò ngược của tiếp giáp p / kim loại lớn hơn dòng chuyển tiếp mà chúng ta muốn toàn bộ diode mang theo? (Tôi đang tưởng tượng khối lượng lớn kim loại và silicon được tinh chỉnh kỹ thuật số cho các bộ chỉnh lưu đa ampe). Hoặc có điều gì khác đang xảy ra?

Có một loại diode gọi là diode Schottky, về cơ bản là một điểm bán dẫn kim loại, vì vậy nó đặt ra câu hỏi, làm thế nào để bạn tạo ra một tiếp xúc kim loại với bất kỳ thiết bị bán dẫn nào, không chỉ là một diode.

Câu trả lời nằm ở lý do tại sao một điểm nối kim loại bán thể hiện hành vi diode trong một số trường hợp. Đầu tiên chúng ta cần xem xét nhanh sự khác biệt giữa chất bán dẫn kim loại và loại n và loại p.

Kim loại là một dải liên tục của các trạng thái điện tử. Các điện tử thích ở trạng thái thấp hơn, vì vậy điều này được hiển thị với vùng màu nâu mờ. Đường màu đỏ biểu thị mức năng lượng trung bình (mức Fermi) mà trong kim loại về cơ bản là "đầy đủ" như thế nào với các điện tử. Sau đó, có một năng lượng thoát trong đó các electron không còn liên kết với cấu trúc - chúng trở nên tự do. Điều này được hiển thị dưới dạng hàm làm việc .$\phi_m$

Đối với chất bán dẫn, các dải khác nhau một chút. Có một khoảng trống ở giữa nơi mà các điện tử không thích. Cấu trúc được chia thành dải hóa trị thường chứa đầy các electron và dải dẫn thường trống. Tùy thuộc vào lượng chất bán dẫn được pha tạp, năng lượng trung bình sẽ thay đổi. Trong loại n, các electron bổ sung được thêm vào dải dẫn để di chuyển năng lượng trung bình lên. Trong các electron loại p được loại bỏ khỏi dải hóa trị, di chuyển năng lượng trung bình xuống.

Khi bạn có một điểm nối riêng biệt giữa các vùng kim loại và chất bán dẫn, theo cách hiểu đơn giản, nó gây ra sự uốn cong của cấu trúc dải. Các dải năng lượng trong đường cong bán dẫn để khớp với các kim loại tại điểm nối. Các quy tắc chỉ đơn giản là các năng lượng Fermi phải phù hợp với cấu trúc và mức năng lượng thoát phải phù hợp tại điểm nối. Tùy thuộc vào cách các dải uốn cong sẽ xác định xem và một hàng rào năng lượng sẵn có hình thành (một diode).

Liên hệ Ohmic bằng chức năng làm việc

Nếu kim loại có chức năng làm việc cao hơn chất bán dẫn loại n, các dải của chất bán dẫn uốn cong lên để đáp ứng nó. Điều này làm cho cạnh dưới của dải dẫn tăng lên gây ra một rào cản tiềm năng (diode) phải được khắc phục để các electron chảy từ dải dẫn của chất bán dẫn vào kim loại.

Ngược lại nếu kim loại có chức năng làm việc thấp hơn chất bán dẫn loại n, các dải của chất bán dẫn uốn cong xuống để đáp ứng nó. Điều này dẫn đến không có rào cản vì các electron không cần phải lấy năng lượng để đi vào kim loại.

Đối với một chất bán dẫn loại p, điều ngược lại là đúng. Kim loại phải có chức năng làm việc cao hơn là chất bán dẫn vì trong vật liệu loại p, phần tử mang đa số là các lỗ trong dải hóa trị, vì vậy các electron cần phải chảy từ kim loại ra khỏi chất bán dẫn.

Tuy nhiên, loại liên lạc này hiếm khi được sử dụng. Như bạn chỉ ra trong các ý kiến, dòng điện tối ưu ngược lại với những gì chúng ta cần trong diode. Tôi đã chọn để bao gồm nó cho đầy đủ, và để xem xét sự khác biệt giữa cấu trúc của một tiếp xúc Ohmic thuần túy và một tiếp xúc diode Schottky.

Liên hệ Ohmic sử dụng Đường hầm

Phương pháp phổ biến hơn là sử dụng định dạng Schottky (tạo thành một rào cản), nhưng để làm cho rào cản lớn hơn - nghe có vẻ kỳ quặc, nhưng đó là sự thật. Khi bạn làm cho rào cản lớn hơn, nó sẽ mỏng hơn. Khi rào cản đủ mỏng, hiệu ứng lượng tử sẽ qua. Các electron về cơ bản có thể chui qua hàng rào và đường giao nhau mất hành vi diode. Kết quả là bây giờ chúng ta tạo thành một liên hệ Ohmic.

Một khi các điện tử có thể chui hầm với số lượng lớn, về cơ bản, rào cản trở thành không gì khác hơn là một đường điện trở. Các điện tử có thể chui cả hai chiều qua hàng rào, tức là từ kim loại sang bán hoặc từ bán sang kim loại.

Rào chắn được làm cao hơn bằng cách pha tạp mạnh hơn chất bán dẫn trong khu vực xung quanh tiếp xúc, làm cho độ uốn trong các dải phải lớn hơn vì sự khác biệt về mức Fermi giữa kim loại và chất bán dẫn ngày càng lớn. Điều này lần lượt dẫn đến việc thu hẹp rào cản.

Điều tương tự có thể được thực hiện với loại P. Các đường hầm xảy ra thông qua các rào cản trong dải hóa trị.

Khi bạn có kết nối Ohmic với chất bán dẫn, bạn chỉ cần đặt một miếng liên kết kim loại vào điểm kết nối, sau đó nối dây chúng với các miếng kim loại điốt (SMD) hoặc chân (qua lỗ).

Liên hệ mà bạn đang đề cập đến được gọi là liên hệ ohmic trong ngành, và là một khía cạnh quan trọng và thường khó khăn của luyện kim chế biến bán dẫn. Một số người sẽ nói nhiều hơn một nghệ thuật hơn là một khoa học, ít nhất là trong thực tế.

Bạn nói đúng rằng một tiếp điểm bán dẫn kim loại đơn giản tạo thành một tiếp giáp PN, thường được gọi là tiếp giáp Schottky, và đó là điều không mong muốn ở giao diện bán dẫn đến dây dẫn.

Để hiểu được bản chất Schottky vốn có của các mối nối bán kim loại, trước hết, thông thường chất bán dẫn được pha tạp nhiều ở vị trí tiếp xúc dự định, để giữ cho vùng cạn kiệt rất nhỏ. Điều này có nghĩa là đường hầm electron, chứ không phải vật lý tiếp giáp "bình thường" là cơ chế vận chuyển điện tử quan trọng trong một tiếp xúc ohmic.

Thứ hai, các kim loại tiếp xúc cụ thể, được gọi là kim loại chuyển tiếp, được lắng đọng và hợp kim ở nhiệt độ cao vào silicon tại khu vực tiếp xúc, tiếp tục hoạt động để tạo ra một tiếp xúc ohmic tốt với các dây liên kết cuối cùng được liên kết với tiếp xúc. Các kim loại chuyển tiếp phụ thuộc nhiều vào loại chất bán dẫn, nhưng nhôm, titan-vonfram và silicat thường được sử dụng cho chất bán dẫn silicon.