p-n接合による分離とは、集積回路(IC)上のトランジスタなどの電子部品を、逆バイアスされたp-n接合で囲むことによって電気的に分離する方法である。
IC上のトランジスタ、抵抗器、コンデンサ、その他の部品を、基板ドーパントとは反対の種類のドーピングを施した半導体材料で囲み、この周囲の材料に、形成されたp-n接合を逆バイアスする電圧を接続することで、部品の周囲に電気的に絶縁された「井戸」を形成する領域を作り出すことができる。
半導体ウェハはp型材料であると仮定します。また、トランジスタの周囲にn型材料のリングが配置され、トランジスタの下にも配置されていると仮定します。n型リング内のp型材料を電源の負極に接続し、n型リングを正極に接続すると、p型領域の「正孔」がp-n接合部から引き離され、非導電性の空乏層の幅が広がります。同様に、n型領域が正極に接続されているため、電子も接合部から引き離されます。
これにより、電位障壁が効果的に増加し、電荷キャリアの流れに対する電気抵抗が大幅に増加します。そのため、接合部を流れる電流はゼロ(またはごくわずか)になります。
p-n接合部の中央には、逆電圧を遮断するための空乏層が形成されます。空乏層の幅は電圧が高くなるにつれて大きくなります。逆電圧が増加すると電界も強くなります。電界が臨界値を超えると、接合部が破壊され、アバランシェ降伏によって電流が流れ始めます。したがって、回路電圧が降伏電圧を超えないように注意する必要があります。降伏電圧を超えると電気的絶縁が失われます。
ロバート・ノイスは、1977年9月発行の『サイエンティフィック・アメリカン』誌、第23巻第3号、63~69ページに掲載された「マイクロエレクトロニクス」と題する記事の中で、 次のように述べている。
「1959年にフェアチャイルド・セミコンダクター社で構想・開発された集積回路は、トランジスタやその他の回路素子を物理的にではなく電気的に分離・接続するものです。この分離は、電流を一方向にのみ流すpnダイオード(整流器)を導入することで実現されます。この技術は、スプラグ・エレクトリック社のクルト・レホベックによって特許取得されました。」
スプラグ・エレクトリック社のエンジニア、カート・レホベックは、1959年にp-n接合分離に関する米国特許第3,029,366号を出願し、1962年に特許を取得しました。彼は(半導体メモリセルに関する講義の中で)「この特許からは一銭も受け取っていない」と語ったと伝えられています。しかし、IT Historyによると、彼は(形式的に)少なくとも1ドルは支払われたとのことです。これはおそらく歴史上最も重要な発明であり、LEDと太陽電池の発明にも貢献しました。ラウ・ワイ・シンによれば、レホベックはこれらの研究の先駆者でもあったそうです。
ロバート・ノイスが1959年にモノリシック集積回路を発明したとき、p-n接合分離の彼のアイデアはホーニのプレーナープロセスに基づいていた。[ 1 ] 1976年、ノイスは1959年1月時点ではレホベックの研究を知らなかったと述べている。[ 2 ]