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最終更新 2026-10-28

鏡像力による障壁低下とは(ショットキー効果)

Image-Force Barrier Lowering (Schottky Effect)

鏡像力による障壁低下(ショットキー効果)とは、金属の表面の近くの電子が、金属の中の像の電荷に引き寄せられる鏡像力のために、電界がかかると障壁が少し下がる現象です。障壁の低下はΔφ=√(qE/4πε)で、電界が強いほど大きくなり、ショットキーダイオードの逆方向電流を電圧とともに増やします。

目次5項目
  1. 定義・解説
  2. 図解
  3. よくある質問
  4. 関連用語
  5. 比較・違いを学ぶ

定義・解説

鏡像力による障壁低下(ショットキー効果)とは、金属の表面の近くにある電子が、金属の中に誘起される反対の電荷(鏡に映ったような像の電荷)に引き寄せられる力(鏡像力)のために、金属と真空、あるいは金属と半導体の間のエネルギーの壁(障壁)が、電界がかかると少し低くなる現象です。

電界がないときの障壁の形に、鏡像力による引き寄せと、外からかけた電界による傾きが重なると、障壁の頂上が金属から少し離れた位置に移り、高さがΔφ=√(qE/4πε)だけ下がります。電界Eが強いほど、また誘電率εが小さいほど、障壁は大きく下がります。半導体との接合では、誘電率の大きい半導体側で効果は小さめになりますが、無視はできません。

この効果のため、ショットキーバリアダイオードの逆方向の電流は、電圧を上げると空乏層の電界が強まって障壁が下がり、飽和せずに少しずつ増えていきます。熱電子放出による電子の放出も、強い電界では鏡像力で増えます。MOSFETのゲート絶縁膜を流れるリーク電流(ショットキー放出・プール・フレンケル放出)の解析でも、同じ考え方が使われます。

図解

鏡像力、電界による障壁の傾き、障壁の頂上の低下、電流の増加までの流れ

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誘電率が大きいほど低下の量は小さくなる。

よくある質問(FAQ)

鏡像力とは何ですか?
金属の表面の近くに電子があると、金属の中の自由な電子が動いて、表面の反対側に鏡に映ったような正の電荷ができ、電子がそれに引き寄せられる力のことです。この引力のため、電子が金属から離れるのに必要なエネルギーが、電界がかかると少し小さくなります。
ショットキーダイオードの逆方向電流はなぜ飽和しないのですか?
逆方向の電圧を上げると空乏層の電界が強くなり、鏡像力による障壁の低下が大きくなって、熱電子放出で越えられる電子が増えるためです。pn接合ダイオードの逆方向電流がほぼ一定になるのと違い、電圧とともに少しずつ増えていきます。

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