金属半導体接合
金属-半導体接合の整流特性は、1874年にフェルディナント・ブラウンが銅と硫化鉄半導体に接触した水銀を用いて発見した。
ジャガディッシュ・チャンドラ・ボースは1901年に金属-半導体ダイオードの米国特許を申請して、1904年に特許として認められた。
グリーンリーフ・ホイッティア・ピカードは1906年にシリコンを用いた点接触整流器の特許を取得した。 1907年にジョージ・ワシントン・ピアース(英語版)は、学術雑誌フィジカル・レビューに、ダイオードの整流特性は多くの半導体上に多くの金属をスパッタリングすることによって作られることを示した論文を発表した。 金属-半導体ダイオード整流器の使用は、1926年にユリウス・エドガー・リリエンフェルトのトランジスタについての3つの特許のうちの最初の特許で金属-半導体電界効果トランジスタのゲートとして提案された。 1939年、ウィリアム・ショックレーによって、金属/半導体ゲートを用いた電界効果トランジスタの正確な理論が提唱された。
エレクトロニクス応用での最初の金属-半導体ダイオードは、受信機に鉱石検波器が用いられた1900年頃に現れた。 鋭いタングステンワイヤーから構成され、先端を方鉛鉱(硫化鉛)結晶の表面に押し付けられる。 最初の大面積整流器は1926年頃に現れた。
金属-半導体接合がオーミックコンタクトとショットキー障壁のどちらを形成するかは、接合のショットキー障壁高さΦBに依存する。ショットキー障壁高さΦBが熱エネルギー kTよりも十分に大きい場合、半導体は金属との界面で空乏層を形成しており、ショットキー障壁としてふるまう。ショットキー障壁高さが小さい場合、半導体に空乏層は形成しておらず、オーミックコンタクトを形成する。
ショットキー障壁高さの定義は、n型半導体とp型半導体とで異なる。n型では伝導帯端とフェルミ準位の差、p型では価電子端とフェルミ準位の差である。 接合の近くでの半導体のバンドのアラインメントは一般的に半導体のドーピングレベルに依存しない。よってn型とp型のショットキー障壁高さについて、理想的な場合は次の関係が成り立つ。
Φ B ( n ) + Φ B ( p ) = E g {\displaystyle \Phi _{\rm {B}}^{(n)}+\Phi _{\rm {B}}^{(p)}=E_{\rm {g}}}
ここでEgは半導体のバンドギャップである。
実際のショットキー障壁高さは界面内で一定ではない。