¿Cómo entra la corriente en un diodo?

Hay un tipo de diodo llamado diodo Schottky, que es básicamente una unión metal-semiconductor, por lo que surge la pregunta de cómo se forma un contacto metálico con cualquier dispositivo semiconductor, no solo un diodo.

La respuesta se encuentra en por qué una unión semi-metálica exhibe el comportamiento del diodo en algunas circunstancias. Primero, debemos analizar rápidamente la diferencia entre los semiconductores de tipo n y de tipo n y de tipo p.

Losmetalessonunabandacontinuadeestadosdeelectrones.Loselectronesprefierenestarenlosestadosmásbajos,porloqueestosemuestraconlaregiónmarrónsombreada.Lalínearojaindicaelniveldeenergíapromedio(niveldeFermi)queenelmetalesbásicamentelo"lleno" que está con los electrones. Entonces hay una energía de escape donde los electrones ya no están unidos a la estructura, se liberan. Esto se muestra como la función de trabajo \ $ \ phi_m \ $.

Para los semiconductores, las bandas son un poco diferentes. Hay una brecha en el medio donde a los electrones no les gusta estar. La estructura se divide en la banda de valencia que está típicamente llena de electrones, y la banda de conducción que está típicamente vacía. Dependiendo de cuánto se dope el semiconductor, la energía promedio cambiará. En el tipo n, se agregan electrones adicionales a la banda de conducción que aumenta la energía promedio. En el tipo p, los electrones se eliminan de la banda de valencia, reduciendo la energía promedio hacia abajo.

Cuando tiene una unión discreta entre las regiones de metal y semiconductor, en términos simplistas provoca la flexión de la estructura de la banda. Las bandas de energía en la curva del semiconductor para coincidir con las del metal en la unión. Las reglas son simplemente que las energías de Fermi deben coincidir en toda la estructura, y que el nivel de energía de escape debe coincidir en el cruce. Dependiendo de cómo se doblen las bandas, se determinará si se forma una barrera de energía incorporada (un diodo).

Contacto óhmico que utiliza la función de trabajo

Sielmetaltieneunafuncióndetrabajomásaltaqueunsemiconductordetipon,lasbandasdelsemiconductorsedoblanhaciaarribaparaalcanzarlo.Estohacequeelbordeinferiordelabandadeconducciónseelevecausandounabarrerapotencial(diodo)quedebesuperarseparaqueloselectronesfluyandesdelabandadeconduccióndelsemiconductoralmetal.

Alainversa,sielmetaltieneunafuncióndetrabajomásbajaqueelsemiconductordetipon,lasbandasdelsemiconductorseinclinanhaciaabajoparaencontrarlo.Estonogenerabarrerasporqueloselectronesnonecesitanganarenergíaparaentrarenelmetal.

Paraunsemiconductordetipop,locontrarioescierto.Elmetaldebetenerunafuncióndetrabajomásaltaqueelsemiconductorporqueenunmaterialdetipoplamayoríadelosportadoressonagujerosenlabandadevalencia,porloqueloselectronesdebenfluirdesdeelmetalhaciaelsemiconductor.

Sinembargo,estetipodecontactoraravezseutiliza.Comoseñalaenloscomentarios,elflujodecorrienteóptimoeselopuestoaloquenecesitamoseneldiodo.ElegíincluirloparacompletaryobservarladiferenciaentrelaestructuradeuncontactoóhmicopuroyuncontactodediodoSchottky.

ContactoóhmicoutilizandoTunneling

ElmétodomáscomúnesusarelformatoSchottky(queformaunabarrera),peroparahacerlabarreramásgrande,suenaextraño,peroescierto.Cuandohaceslabarreramásgrande,sevuelvemásdelgada.Cuandolabarreraeslosuficientementedelgada,losefectoscuánticostomanelcontrol.Básicamente,loselectronespuedenatravesaruntúnelatravésdelabarreraylauniónpierdesucomportamientodediodo.Comoresultado,ahoraformamosuncontactoóhmico.

Unavezqueloselectronessoncapacesdehacertúnelesengrandesnúmeros,labarrerabásicamenteseconvierteennadamásqueuncaminoresistivo.Loselectronespuedenhaceruntúnelenambossentidosatravésdelabarrera,esdecir,demetalasemi,odesemiametal.

Labarrerasehacemásaltaaldoparmásfuertementeelsemiconductorenlaregiónquerodeaalcontacto,loqueobligaaquelacurvaenlasbandasseamásgrandeporqueladiferenciaenelniveldeFermientreelmetalyelsemiconductoraumenta.Estoasuvezdacomoresultadounestrechamientodelabarrera.

Lo mismo se puede hacer con un tipo-P. El túnel se produce a través de la barrera en la banda de valencia.

Una vez que tenga una conexión óhmica con el semiconductor, simplemente puede depositar una almohadilla metálica en el punto de conexión y luego conectarla a las almohadillas metálicas de diodo (SMD) o patas (orificio pasante).

El contacto al que se refiere es conocido como un contacto óhmico en la industria, y es una faceta importante ya menudo difícil de la metalurgia de procesamiento de semiconductores. Algunos dirían que es más un arte que una ciencia, al menos en la práctica.

Tienes razón en que un simple contacto metal-semiconductor forma una unión P-N, generalmente conocida como una unión Schottky, y eso es indeseable en una interfaz de semiconductor a conductor.

Para sortear la naturaleza inherente de Schottky de las uniones semi-metálicas, en primer lugar, por lo general, el semiconductor está fuertemente dopado en el contacto deseado, para mantener la región de agotamiento muy pequeña. Esto significa que el túnel de electrones, en lugar de una física de unión "normal" es el mecanismo importante de transporte de electrones en un contacto óhmico.

En segundo lugar, los metales de contacto específicos, llamados metales de transición, se depositan y se alean a temperaturas elevadas en el silicio en el área de contacto, que además actúa para formar un buen contacto óhmico con los cables de enlace que finalmente están unidos al contacto. Los metales de transición dependen en gran medida del tipo de semiconductor, pero el aluminio, el titanio-tungsteno y los siliciuros se usan comúnmente para los semiconductores de silicio.