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解決済みの質問

pn接合の接合方法について

pn接合の接合方法について教えてください。
最近半導体を扱うことがあり、素人のため疑問に思ったため質問します。
pn接合はイオン注入などで濃度差をつけるという他の方の質問は確認したのですが、
単純に接触させた状態(厳密には粗さで隙間がある)でも
整流作用は起こるようなものなのでしょうか。

もっといえば多少の微少隙間がある場合(数nm~μm?)でも
整流作用は起こるのでしょうか。

無知な質問で申し訳ありませんが、回答お願いいたします。

投稿日時 - 2011-01-15 09:12:38

QNo.6448829

困ってます

質問者が選んだベストアンサー

p形半導体とn形半導体の別々の塊を接触させてもpn接合としては働かないと、半導体の教科書には書かれています。
昔の教科書では、ダイオードとかトランジスタに使う半導体は(欠陥の少ない)単結晶が必要であると書かれていたように記憶してます。
ところが、液晶パネルには多結晶シリコンやアモルファス(無定形)シリコンのトランジスタが組み込まれています。太陽電池も、同様に単結晶に限られていません。結局、単結晶に比べると特性は落ちるものの多結晶や無定形でもpnダイオード等のデバイスに使える訳です。それは、欠陥が大量にあっても何とか動くことを示してます。無定形シリコンが半導体の特性を示すには、数十原子位の半導体原子が綺麗に並んでいるだけが十分なようだと聞いたこともあります。
一方、ショトキーダイオードは、半導体表面に金属を接触させた構造です。

このようなことを思うと、「p形とn形の(点)接触で半導体にならない」というのも本当だろうかという疑問も湧きますね。
原理的には、p形とn形の双方とも非常に清浄で結晶の乱れもそう大きくない場合には、(極微細な)pnダイオードの集合体として働くと思います。
しかしながら、実際には極めて難しいと思います。ショトキーダイオードにしても、それが提起されたのは1920年代頃(?)だったが、実用化したのは1970年代だったと聞きました。半導体に水銀を接触する形では動作しますが、金属の塊を機械的に接触してもデバイスにはなりません。半導体表面の加工や洗浄方法、ならびに金属を蒸着やスパッタで付ける方法に多くのノウハウが必要です。
それでも、半導体に金属を接触されて電圧を掛ければ、何らかの形で電流は流れます。(加えた電圧の方向で異なる電流が流れれば整流特性を観測したと言う人もいるかも知れません)
その時には金属が点接触している箇所が高温になって、半導体部分が溶け、そこに金属や金属に含まれる不純物が拡散した後に再結晶化することで(不完全かもしれないが)pn接合が出来る可能性もありえると思います。

結局、現実的には「p形半導体とn形半導体の(点)接触ではpn接合はできない」と言ってよいと思います。
原理的には出来る可能性があるが、ショトキーダイオードよりも遙かに難しいと思います。金属にくらべ半導体は堅いから、半導体の接触面の原子構造の崩れ方が大きいだろうし、接触部で一度溶融して再結晶化することもないと思います。なぜなら、金属ほど電流が流し得ないだろうから発熱も少ない。さらに、薄膜金属と半導体が反応する温度は両者の合金温度よりもかなり低く、半導体の融解温度はそれよりも大幅に高いからです。

なお、電流が流れる箇所は、接触部以外を考える必要はないと思います。

投稿日時 - 2011-01-16 21:25:33

ANo.3

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回答(3)

ANo.2

昔、「セレン整流器」というものが有りました。
これは鉄板の上にセレンの薄膜を形成し、その上にカドミウムやビスマスなどを塗布したものです。
シリコンダイオードの登場により過去のものとなりました。
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%82%BB%E3%83%AC%E3%83%B3%E6%95%B4%E6%B5%81%E5%99%A8

半導体と金属を接触した場合にショットキー接合が形成されダイオードとして動作する事が有ります。
このダイオードはVfが小さく高速動作をするので、低電圧のDC-DCコンバータに良く使われています。
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%82%B7%E3%83%A7%E3%83%83%E3%83%88%E3%82%AD%E3%83%BC%E6%8E%A5%E5%90%88

投稿日時 - 2011-01-15 16:03:55

ANo.1

点接触型とは違うという意味の質問でしょうか?

投稿日時 - 2011-01-15 14:23:11

補足

分かり辛い質問で申し訳ありません。
イメージは回転している半導体ブロックデスクに他の半導体ブロックを押し付ける(しゅう動)場合にも、あるバイアスをかければ電流が流れたり流れなかったりするのかと疑問に思ったものです。
ずっと接触しているというより点接触で擦り付けているような状態ですが・・・

投稿日時 - 2011-01-15 17:11:02

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