ショットキー接合

ショットキー接合：高速動作を可能にする金属-半導体接合

ショットキー接合は、金属と半導体を接合することで生じる整流作用を持つ接合です。その名は、発見者であるヴァルター・ショットキーに由来します。整流作用を示す接合としては、PN接合がよく知られていますが、ショットキー接合はPN接合とは異なるメカニズムで動作し、特有の利点を持っています。

PN接合との違い

PN接合では、電流の輸送は主に少数キャリア（半導体中の多数キャリアとは反対の電荷を持つキャリア）によって担われています。一方、ショットキー接合では、多数キャリア（半導体中に多く存在するキャリア）が電流輸送の主役となるため、高速な動作が可能です。この高速性こそが、ショットキー接合の大きな魅力であり、多くの電子デバイスで活用される理由となっています。ショットキー接合は、金属-半導体接合（MS接合）とも呼ばれます。

ショットキー障壁の形成

金属と半導体を接合すると、金属の仕事関数と半導体の電子親和力（フェルミエネルギー）の差によって、半導体側に電位障壁が生じることがあります。これをショットキー障壁と呼びます。この障壁の高さは、接合に用いる金属の種類、半導体の種類、不純物の種類や濃度などによって変化します。

しかし、全ての金属-半導体接合がショットキー障壁を形成するわけではありません。材料の種類や結晶構造によっては、障壁が形成されず、金属と半導体が直接電流をやり取りするオーミック接合（オームの法則に従う接合）となる場合もあります。オーミック接合は、低抵抗の電気的接続として利用されます。

ショットキー障壁が存在する場合、半導体側の電位は、金属との接合部から離れるに従って徐々に減少していき、ある点で熱平衡状態の電位に等しくなります。金属との接合部からこの点までの領域を空乏層と呼び、この空乏層に電位差が生じ、これが順電圧となります。

ショットキー接合の応用

ショットキー接合は、その優れた特性から、様々な半導体デバイスに応用されています。

現代の応用例:

ショットキーバリアダイオード: 高速スイッチング用途に最適です。高速整流、信号検波などに利用されます。
MESFET（金属-半導体電界効果トランジスタ）: 高周波増幅器やスイッチング回路などに用いられます。
ショットキートランジスタ: 高速スイッチング用途に適したトランジスタです。

過去の応用例:

鉱石検波器: 無線受信機などで用いられていた初期の検波器です。ショットキー接合が、経験的に利用されていました。
* セレン整流器: 半導体デバイスが発展する以前から利用されていた整流器です。

興味深いことに、ショットキー接合を利用した半導体デバイスは、現代で広く使われるPN接合を利用したデバイスよりも歴史が古く、半導体工学の発展に先駆けて、経験的に発見され実用化されていたと言えるでしょう。現代の高度な半導体技術は、これらの初期の研究成果の上に成り立っています。

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