トンネル電流の求め方

質問

トランジスタにおいて、抵抗値もしくは電流電圧特性から、トンネル障壁の高さ等を求める方法があれば教えて下さい。ふつつか者で申し訳ないですが、お願いします。

回答No.2

Simoc · ベストアンサー

1です。あまり自信がないので詳しい方にフォローしていただけると幸いです。

金属/半導体のショットキー障壁は、通常、電流-電圧特性、いわゆるJ-V特性から求められます。
ショットキー電流が支配的であれば、
J=Js*{exp(q*V/(n*k*T))-1}
Js=A*T^2*exp(-q*Φb/(k*T))
のフィッティングより、nとΦb(こちらがバンド障壁)が求まります。
この式は半導体の教科書に載っていると思います。テキストがなければ適当なページを探しますので教えて下さい。
（ちょうど関係する論文を読んでいたんですが、「J-V及びC-V特性から求めた」と書いてあります・・・。C-Vからどうやって求めるんだろ・・・。V.Heine, Phys. Rev. 138 (1965) A1689 で提案されているそうです。今度図書館行って読んでみます。）

ただ、この式が成り立つのは、ショットキー放出が支配的な場合のみで、今回の場合は当てはまりません。

仰るとおり、MOSFETの拡散領域と金属の間でショットキー障壁が出来ている場合、拡散領域のドーピング濃度が高いため、バイアスをかけた時の障壁は電子がトンネルできるほど薄くなり、結果としてトンネル電流が支配的になります。つまり、上の式以上の電流が流れることになってしまいます。
ショットキー障壁を通るトンネル電流の式を定式化できれば、フィッティングさせることで求まる・・・と原理的には言えますが、難しいでしょう。

それとMOSFETの拡散領域は、(拡散領域がn+なら)p領域に囲まれていますので、デバイスの構造上、電流-電圧特性が取れないと思います。

もし、ご使用の金属・半導体の組み合わせでできるショットキー障壁を求めたいのであれば、低いキャリア濃度の基板に対し、電極を形成し、金属／半導体／できるだけオーミックのとれた金属　というダイオードを形成してJ-Vを取るのがいいと思います。
イオン性の高い半導体の場合は、できるバンド障壁の大きさは表面処理の方法に大きく左右されますので、できるだけ実際のプロセスと条件を合わせた方がいいと思います。

解決法ではありませんが、こんなページ見つけました。面白かったです。

参考URL：

http://staff.aist.go.jp/shiro-hara/schottkytop.html

お礼

ありがとうございます！非常に役に立ちました。

回答No.1

Simoc

トランジスタはバイポーラトランジスタや電界効果トランジスタに大別され、その中にもいろいろな種類がありますが、どれにあたりますか？
トンネル電流はどの部分を流れるものを指してますか？

もう少し情報があれば私でも答えられるかもしれません。

トランジスタはMOSFET、トンネル電流はゲート絶縁膜を通るF-Nトンネル電流なら、「参考URL」の「F-Nトンネル」のページをご参照下さい。

参考URL：

http://www6.eie.eng.osaka-u.ac.jp/oxide/html_leakagecurrents/html_leakagecurrents.html

補足

説明不足で申し訳ないです。ＭＯＳ－ＦＥＴについてなんですが・・

電極と半導体の界面が完全なオーミック接触でない場合、界面はトンネル電流が支配的になると思うのですが、そこの部分のトンネル障壁の高さ等を求める方法が分からないです・・。

教えて下さったホームページも参考にしてみます。ありがとうございます。