オーミック接合とショットキー接合のバンド図解説：ゼロバイアス、順方向バイアス、逆バイアス

オーミック接合とショットキー接合は半導体の接合技術の中でよく使用されるもので、それぞれ異なる特性を持っています。課題として出された「ゼロバイアス、順方向バイアス、逆バイアスのバンド図」に関しては、これらの接合の特性を理解するうえで重要です。本記事では、それぞれのバイアス状態におけるオーミック接合とショットキー接合のバンド図を解説し、どういったメカニズムで動作するのかを詳しく説明します。

オーミック接合とは？

オーミック接合は、金属と半導体が接触している接合部で、抵抗が非常に小さいため、電流が自由に流れる状態を作り出します。この接合は、スイッチや高周波回路などで広く利用されています。オーミック接合の特性としては、ゼロバイアス時においても金属と半導体が直線的に接続され、バンドが滑らかに接続されます。

ショットキー接合とは？

ショットキー接合は、金属と半導体が接触しているものの、オーミック接合とは異なり、金属側のFermiレベルと半導体側のバンドが接触し、ショットキー障壁が形成されます。この接合は、通常、低い順方向電圧降下を持つため、ダイオードや高速スイッチに使用されます。ショットキー接合では、ゼロバイアス時でも一定の逆バイアス電圧が存在します。

ゼロバイアス状態のバンド図

ゼロバイアス時のオーミック接合では、金属と半導体のFermiレベルが一致し、バンドが直線的に接続されています。ショットキー接合では、金属側のFermiレベルと半導体側の伝導帯の間にショットキー障壁が形成され、この障壁がゼロバイアス時の特徴的な挙動を示します。

順方向バイアス時のバンド図

順方向バイアス時には、オーミック接合では電流が自由に流れ、バンドが平坦な状態からわずかに曲がり、電流が通過しやすくなります。一方、ショットキー接合では、順方向バイアスがかかることでショットキー障壁が低下し、電流が流れやすくなりますが、オーミック接合よりも電流の流れが制限されます。

逆バイアス時のバンド図

逆バイアス状態では、オーミック接合では電流の流れがほとんどありませんが、ショットキー接合では逆バイアスによりショットキー障壁が高くなり、電流が流れにくくなります。逆バイアス時には、どちらの接合も電流の流れを抑える働きをしますが、ショットキー接合は逆バイアス時においても他のダイオードより速い応答を示す特性があります。

まとめ

オーミック接合とショットキー接合のバンド図は、それぞれのバイアス状態によって異なる挙動を示します。ゼロバイアス、順方向バイアス、逆バイアスのバンド図を理解することは、これらの接合技術を適切に利用するために非常に重要です。オーミック接合は非常に低い抵抗で電流を流し、ショットキー接合は低順方向電圧降下と高速応答特性を持っています。これらの接合の特性を理解して、適切な回路設計や応用に活かすことが求められます。