शोट्की बाधा

Error creating thumbnail:

कट-ओपन पैकेजिंग के साथ 1N5822 स्कॉटस्की डायोड सेमीकंडक्टिंग सिलिकॉन (केंद्र) धातु के एक इलेक्ट्रोड के विरुद्ध एक स्कॉटस्की बाधा बनाता है और दूसरे इलेक्ट्रोड के विरुद्ध एक ओमिक संपर्क बनाता है।

File:Schottky barrier zero bias.svg

शून्य बायस (संतुलन) पर n-प्रकार अर्धचालक स्कॉटस्की बैरियर के लिए बैंड आरेख, 'स्कॉटस्की बैरियर हाइट' की ग्राफिकल परिभाषा के साथ, Φ_B, इंटरफेसियल चालन बैंड एज E_C के बीच अंतर के रूप में और फर्मी स्तर E_F. पी-प्रकार शोट्की बैरियर के लिए, Φ_B ई_F के बीच का अंतर है और वैलेंस बैंड एज E_V.के रूप में होते है

स्कॉटस्की बाधा, जिसका नाम वाल्टर एच. स्कॉटस्की के नाम पर रखा गया है, एक धातु अर्धचालक जंक्शन पर बनने वाले इलेक्ट्रॉनों के लिए एक संभावित ऊर्जा अवरोध के रूप में होता है। स्कॉटस्की बाधाओं में रेक्टिफायर की विशेषताएं होती हैं। जो डायोड के रूप में उपयोग के लिए उपयुक्त होते है। स्कॉटस्की बैरियर की प्राथमिक विशेषताओं में से एक स्कॉटस्की की ऊंचाई होती हैं। जिसे Φ_B द्वारा चिह्नित किया जाता है। जिसे चित्र में दिखाया गया है और Φ_B का मान धातु और अर्धचालक के संयोजन पर निर्भर करता है

सभी मेटल- अर्धचालक जंक्शन एक सुधारक शोट्की बैरियर नहीं बनाते हैं; एक धातु-अर्धचालक जंक्शन जो बिना सुधार के दोनों दिशाओं में धारा का संचालन करता है, इस प्रकार संभवतः शोट्की बैरियर के बहुत कम होने के कारण इसे ओमिक संपर्क कहा जाता है।

गठन का भौतिकी

Main article: धातु अर्धचालक जंक्शन

जब किसी धातु को अर्धचालक के सीधे संपर्क में रखा जाता है, तो एक तथाकथित स्कॉटस्की बैरियर बन जाता है, जिससे विद्युत संपर्क में सुधार होता है। यह तब होता है जब अर्धचालक एन-प्रकार के अर्धचालक के रूप में होता है और इसकी कार्यप्रणाली धातु के कार्य से छोटी होती है और जब अर्धचालक (सेमिकंडक्टर) पी-प्रकार का होता है और कार्य फलन के बीच विपरीत संबंध होता है।

बैंड आरेख औपचारिकता के माध्यम से शॉटकी बाधा गठन के विवरण के आधार पर तीन मुख्य धारणाओ के रूप में होता है

1. धातु और अर्धचालक के बीच संपर्क घनिष्ठ रूप में होना चाहिए और किसी अन्य भौतिक परत जैसे ऑक्साइड की उपस्थिति के बिना होना चाहिए।
2. धातु और अर्धचालक का कोई अंतःप्रसार नहीं किया जाता है।
3. दो सामग्रियों के बीच इंटरफेस में कोई अशुद्धियाँ नहीं होती है।

पहले सन्निकटन के लिए, एक धातु और एक अर्धचालक के बीच अवरोध की भविष्यवाणी स्कॉटस्की -मोट नियम द्वारा की जाती है, जो धातु-निर्वात कार्य फलन और अर्धचालक निर्वात इलेक्ट्रॉन आत्मीयता के अंतर के समानुपाती होता है। एक पृथक धातु के लिए, कार्य फलन $\Phi _{M}$ इसकी निर्वात ऊर्जा $E_{0}$ के बीच के अंतर के रूप में परिभाषित किया गया है, अर्थात् वह न्यूनतम ऊर्जा जो एक इलेक्ट्रॉन के पास स्वयं को पदार्थ से पूरी तरह से मुक्त करने के लिए होनी चाहिए और फर्मी ऊर्जा $E_{F}$, और यह निर्दिष्ट धातु का एक अपरिवर्तनीय गुणधर्म होता है

$$\Phi _{M}=E_{0}-E_{F}$$

दूसरी ओर अर्धचालक के कार्य फलन को इस प्रकार परिभाषित किया गया है,

$$\Phi _{S}=\chi +(E_{C}-E_{F})$$

जहाँ $\chi$ इलेक्ट्रॉन आत्मीयता के रूप में होता है, अर्थात निर्वात ऊर्जा और चालन बैंड के ऊर्जा स्तर के बीच का अंतर होता है। अर्धचालक के कार्य फलन को उसके इलेक्ट्रॉन संबंध के संदर्भ में वर्णित करना मूल्यवान होता है, क्योंकि यह अंतिम अर्धचालक का एक अपरिवर्तनीय मूलभूत गुण है, जबकि चालन बैंड और फर्मी ऊर्जा के बीच का अंतर डोपिंग (अर्धचालक ) पर निर्भर करता है।

File:Msemictoghandsep.png

अलग होने पर (ऊपर) और अंतरंग संपर्क में होने पर (नीचे) धातु और अर्धचालक बैंड आरेख

जब दो अलग-अलग सामग्रियों को घनिष्ठ संपर्क में रखा जाता है, तो फर्मी स्तरों के बराबर कार्य फलन के मूल्यों के आधार पर एक सामग्री से दूसरी सामग्री में चार्ज की गति ग्रहण करता है। यह एक ऊर्जा अवरोध के निर्माण की ओर जाता है, क्योंकि सामग्री के बीच इंटरफेस में कुछ चार्ज एकत्र हो जाते हैं। इलेक्ट्रॉनों के लिए बाधा ऊंचाई $\Phi _{B_{n}}$मेटल वर्क फलन और अर्धचालक के इलेक्ट्रॉन संबंध के बीच अंतर के रूप में आसानी से गणना की जा सकती है,

$$\Phi _{B_{n}}=\Phi _{M}-\chi$$

जबकि छिद्रों के लिए अवरोध की ऊँचाई अर्धचालक के ऊर्जा अंतराल और इलेक्ट्रॉनों के लिए ऊर्जा अवरोध के बीच के अंतर के बराबर होती है

$$\Phi _{B_{p}}=E_{\text{gap}}-\Phi _{B_{n}}$$

वास्तव में, क्या हो सकता है कि आवेशित इंटरफ़ेस स्टेट्स फर्मी स्तर को एक निश्चित ऊर्जा मूल्य पर पिन कर सकते हैं, चाहे कार्य फलन मान दोनों वाहकों के लिए अवरोध ऊंचाई को प्रभावित करता हो। यह इस तथ्य के कारण है कि एक धातु के विरुद्ध अर्धचालक क्रिस्टल की रासायनिक समाप्ति उसके ऊर्जा अंतराल के भीतर इलेक्ट्रॉन स्टेट्स का निर्माण करती है। इन धातु-प्रेरित गैप स्टेट्स की प्रकृति और इलेक्ट्रॉनों द्वारा बैंड गैप के केंद्र को फर्मी स्तर पर पिन करने के लिए जाता है, यह प्रभाव जिसे फर्मी लेवल पिनिंग के रूप में जाना जाता है। इस प्रकार मेटल- अर्धचालक संपर्कों में शॉटकी बाधाओं की ऊंचाई अधिकांशतः शॉटकी-मोट नियम के विपरीत अर्धचालक या धातु कार्य फलनो के मूल्य पर थोड़ी निर्भरता के रूप में दिखती है। विभिन्न अर्धचालक इस फर्मी स्तर को अलग-अलग कोटि पर प्रदर्शित करते हैं, लेकिन एक प्रौद्योगिकी परिणाम यह है कि ओमिक संपर्क सामान्यतः सिलिकॉन और गैलियम आर्सेनाइड जैसे महत्वपूर्ण अर्धचालकों में बनाना कठिन होता है। गैर-ओमिक संपर्क धारा प्रवाह के लिए एक परजीवी प्रतिरोध प्रस्तुत करते हैं, जो ऊर्जा की खपत करता है और उपकरण के प्रदर्शन को कम करता है।

रेक्टिफाइंग गुण

एक रेक्टिफाइंग शॉटकी बैरियर में, बैरियर इतना अधिक होता है कि इंटरफ़ेस के पास अर्धचालक में एक कमी क्षेत्र होता है। यह अवरोध को एक उच्च प्रतिरोध प्रदान करता है जब उस पर छोटे वोल्टेज पूर्वाग्रह लागू होते हैं। बड़े वोल्टेज पूर्वाग्रह के अनुसार बैरियर के माध्यम से बहने वाली विद्युत धारा अनिवार्य रूप से थर्मिओनिक उत्सर्जन के नियमों द्वारा नियंत्रित होती है, जो इस तथ्य के साथ संयुक्त रूप में होती है कि शोट्की बैरियर धातु के फर्मी स्तर के सापेक्ष तय होता है।

File:Schottky barrier forward bias.svg

Forward bias: thermally excited electrons are able to spill into the metal.

File:Schottky barrier reverse bias.svg

Reverse bias: The barrier is too high for thermally excited electrons to enter the conduction band from the metal.

• आगे के बायस के अनुसार, अर्धचालक में कई ऊष्मीय रूप से उत्तेजित इलेक्ट्रॉन होते हैं जो बैरियर के ऊपर से गुजरने में सक्षम होते हैं। बैरियर पर इन इलेक्ट्रॉनों का मार्ग बिना किसी इलेक्ट्रॉन के वापस आना विपरीत दिशा में एक करंट से मेल खाता है। पूर्वाग्रह के साथ धारा बहुत तेजी से बढ़ती है, चूंकि उच्च पूर्वाग्रहों पर अर्धचालक का श्रृंखला प्रतिरोध धारा को सीमित करना प्रारंभ कर सकता है।
• रिवर्स बायस के अनुसार, एक छोटा लीकेज करंट होता है क्योंकि धातु में कुछ ऊष्मीय रूप से उत्तेजित इलेक्ट्रॉनों में बैरियर को पार करने के लिए पर्याप्त ऊर्जा होती है। शॉकली डायोड समीकरण के अनुसार पहले सन्निकटन के लिए यह धारा स्थिर होनी चाहिए, चूंकि निर्वात शोट्की प्रभाव के समान एक कमजोर बाधा कम होने के कारण धारा धीरे-धीरे रिवर्स बायस के साथ बढ़ती है। बहुत उच्च पूर्वाग्रहों पर, कमी क्षेत्र टूट जाता है।

नोट: उपरोक्त चर्चा एक एन-प्रकार अर्धचालक के लिए स्कॉटकी बाधा के लिए है; पी-प्रकार अर्धचालक के लिए समान नियम लागू होते हैं।

धारा -वोल्टेज संबंध गुणात्मक रूप से पी-एन जंक्शन के समान होते हैं, चूंकि भौतिक प्रक्रिया कुछ अलग रूप में होती है।

Error creating thumbnail:

एक बहुत ही उच्च स्कॉटस्की बैरियर के लिए (इस स्थितियों े में, लगभग बैंड गैप जितना ऊंचा), फॉरवर्ड बायस करंट को अल्पसंख्यक वाहक इंजेक्शन द्वारा ले जाया जाता है (सफेद तीर अर्धचालक के वैलेंस बैंड में एक इलेक्ट्रॉन छेद के इंजेक्शन को दर्शाता है)।

चालन मूल्य

थर्मिओनिक उत्सर्जन निम्नानुसार तैयार किया जा सकता है

$$J_{th}=A^{**}T^{2}e^{-{\frac {\Phi _{B_{n,p}}}{k_{b}T}}}{\biggl (}e^{\frac {qV}{k_{b}T}}-1{\biggr )}$$

जबकि क्वांटम टनलिंग धारा घनत्व को त्रिकोणीय आकार के अवरोध के लिए (डब्ल्यूकेबी सन्निकटन पर विचार करते हुए) व्यक्त किया जा सकता है,

$$J_{T_{n,p}}=\frac{q^3{E}^2}{16{\mathrm{\pi <!--\; \pi \; -->}}^2\mathrm{\hslash <!--\; \hslash \; -->}{\mathrm{\Phi <!--\; \Phi \; -->}}_{B_{n,p}}}{e}^{\frac{}{}}$$