金属半導体接合
これは整流の正しい方向を与えたが、モット理論とショットキー-Davydov理論は、シリコン金属/半導体ダイオード整流器において間違った電流制御メカニズムと、間違った電流-電圧の公式を与えることも証明した。 正しい理論はハンス・ベーテにより提唱され、1942年11月23日にマサチューセッツ工科大学のRadiation Laboratory Reportで報告された。 ベーテの理論での電流は、金属-ハンド半導体ポテンシャル障壁での熱電子放出により制限されることを説明している。 ショットキー理論は現代の金属-半導体ダイオードの特性を正確に説明できないため、金属-半導体ダイオードの適切な名前は、ショットキーダイオードではなくベーテダイオードであるべきという主張もある。
フェルディナント・ブラウンが行った実験のように、金属-半導体接合がショットキーダイオードの作製において、ショットキー障壁を作るためにシリコンなどの半導体上に水銀の滴を置くことで形成する場合、エレクトロウェッティングが観測され、電圧が増加すると滴は広がる。 ドーピングのタイプと半導体の密度に依存して、滴の広がりは水銀滴に与えられた電圧の大きさと負号に依存する。 この効果はショットキー・エレクトロウェッティングと呼ばれ、エレクトロウェッティングと半導体効果の理論を結び付けるものである。
ここでEbandgapは半導体でのバンドギャップのサイズである。
1947年にジョン・バーディーンは、バンドギャップ内のエネルギーを持ち電荷をもつことができる状態が半導体界面に存在すれば、フェルミ準位のピニング現象は自然に生じると考えた。 この状態は、金属との化学結合により誘起される(金属誘起ギャップ状態(英語版))か、真空中の表面ですでに存在していた(表面状態(英語版))かのどちらかである。 この高密度な表面状態は金属から与えられた多量の電荷を吸収するため、半導体は金属の詳細な性質の影響を受けない。 その結果半導体のバンドは、金属からの影響を受けずに、(高密度なために)フェルミ準位にピニングされた表面状態に対する位置へと曲がりを調整する。
フェルミ準位ピニング効果は多くの商業的に重要な半導体 (Si, Ge, GaAs)で強く、半導体デバイスの設計を難しくする。 例えば、ほとんどすべての金属はn型ゲルマニウムに対して大きなショットキー障壁を作り、p型ゲルマニウムにはオーミックコンタクトを作る。 これは、価電子端が金属のフェルミ準位に強くピニングされているためである。 これを解決するには、バンドのピニングを取るために中間絶縁層(ゲルマニウムの場合、窒化ゲルマニウムが用いられる)を加える等のプロセスが必要である。