Walter Schottky : Le physicien derrière la diode Schottky

La diode Schottky (Jonction Métal-Semi-conducteur / Diode porteurs chauds) porte le nom du Dr. Walter Hans Schottky (1886–1976), physicien théoricien allemand pionnier dont les travaux ont posé les bases quantico-mécaniques du contact métal-semi-conducteur — bien qu'il n'ait pas fabriqué le premier dispositif pratique.

Contribution théorique de Schottky (1938–1939)

• Articles : "Zur Theorie der Schichtgleichrichter" (Sur la théorie des redresseurs par couches) & "Halbleitertheorie der Sperrschicht" (Théorie semi-conducteur de la couche de blocage).
• Insight clé : Application de la théorie émission thermionique (équation Richardson-Dushman) à l'interface métal-semi-conducteur. Dérivation du concept de Hauteur barrière Schottky (Φ_B) : Barrière énergie pour porteurs majoritaires (électrons dans type n) passant semi-conducteur vers métal.
• Équations clés :
  • Courant redressement : I = A A* T² exp(-qΦ_B/kT) [exp(qV/kT) - 1] (Modèle émission thermionique).
  • Abaissement barrière (force image) : ΔΦ = √(qE/4πε) — Effet Schottky (émission champ-assistée).
  • Capacité déplétion : C_j = A √(qεN_D/2(V_bi - V)) → 1/C² vs V linéaire → Extraire N_D, V_bi, Φ_B.
• Prédiction : Dispositif porteurs majoritaires → Pas de stockage porteurs minoritaires → Temps récupération inverse négligeable (trr ≈ 0) → Commutation ultra-rapide. C'est l'avantage définitoire.

De la théorie au dispositif : L'écart de 20 ans

La théorie de Schottky supposait interfaces idéales, propres. Réalité années 1940-50 : États de surface (États pièges / Limite Bardeen) pinçaient niveau Fermi, empêchant contrôle hauteur barrière. Contacts ohmiques faciles ; contacts redressement peu fiables.

Percées permettant diodes pratiques (années 1950–60)

• Passivation surface / Épitaxie propre : Contrôle interface Si/SiO₂ (Atalla, Kahng — travaux MOSFET bénéficièrent aussi Schottky).
• Or sur n-Si (années 1950) : Premiers contacts Schottky fiables (Sah, Noyce, Shockley chez Fairchild/Shockley Labs).
• Procédé planaire silicium (1959, Hoerni/Fairchild) : Photolithographie + masquage oxyde → Diodes/transistors Schottky reproductibles, haut rendement.
• Transistor Schottky (SBT) / TTL à clamp Schottky (1969, James Early / Fairchild) : Clamp Baker (diode Schottky jonction B-C) empêche saturation → **familles TTL 74S/74LS/74ALS**. Ce fut l'application *volume* qui fit "Schottky" nom connu en électronique.
• Redresseurs puissance Schottky (années 1970+) : Contacts PtSi, TiW, Mo, NiSi sur n-Si / n-GaAs / SiC / GaN. V_F bas (0,3–0,5V) → Haute rendement alim commutation, bypass solaire, ORing.

Autres contributions majeures de Schottky

• Bruit de grenaille (Schrotteffekt, 1918) : Fluctuations statistiques courant tubes vide → i_n² = 2qIΔf. Fondamental analyse bruit.
• Raffinement théorie émission thermionique : Correction charge image (Effet Schottky).
• Courant limité charge d'espace (Loi Child-Langmuir extension).
• Récepteur superhétérodyne : Invention indépendante (1918, simultané Armstrong/Lévy).
• Défauts cristallins / Lacunes : Défaut Schottky (paire lacune cation+anion cristaux ioniques).

Les premiers inventeurs de la diode Schottky *pratique*

Pas de unique "inventeur". Ce fut convergence de la science matériaux (surfaces Si propres), technologie procédés (planar), et physique dispositifs (limite Bardeen surmontée) par équipes chez Fairchild (Noyce, Sah, Hoerni), Bell Labs, Hughes Research, Siemens fin années 1950/début 1960. Schottky fournit la feuille de route théorique ; ils construisirent le véhicule.

Héritage : Chaque fois qu'une alim commutation atteint 95%+ rendement avec redresseur SiC Schottky, ou porte 74LS00 commute en 3ns, ou mélangeur micro-ondes abaisse signal avec bruit 1/f quasi-nul — cela repose sur les équations 1938 de Walter Schottky.