肖特基二極管原理

肖特基二極管簡介
肖特基二極管是由Dr.Schottky發(fā)明的，故命名為Schottky diode。肖特基二極管有別與一般的PN結(jié)二極管。一般的PN結(jié)二極管是利用N型半導(dǎo)體與P型半導(dǎo)體形成的PN結(jié)制作而成。而肖特基二極管是一種利用貴金屬-半導(dǎo)體接觸形成Schottky barriers(肖特基勢壘)的原理制作而成的。肖特基二極管的Schottky barriers(肖特基勢壘)小于一般的PN結(jié)型二極管，所以正向?qū)ㄋ璧碾妷汉艿?。肖特基二極管的反向恢復(fù)時間(trr)非?？?，因為其不存在少數(shù)載流子的壽命問題，反向恢復(fù)電荷非常少，所以其開關(guān)頻率特別高，可達(dá)100GHz。這些特性使得肖特基二極管在高頻應(yīng)用領(lǐng)域占有重要位置。

圖 肖特基二極管外觀
 
肖特基二極管的發(fā)展歷史
1874年發(fā)現(xiàn)了金屬和硫化物半導(dǎo)體接觸時具有整流作用。上世紀(jì)30年代末發(fā)明了點接觸硅整流器。1938年W.Shottky提出了金-半接觸處形成勢壘，奠定了金-半接觸的理論基礎(chǔ)。40年代初，PN結(jié)二極管出現(xiàn)。60年代，平面工藝制作出金-半二極管（Schottky diode）。
 
肖特基二極管的原理
Schottky diode 是用貴金屬作為正極，N型半導(dǎo)體作為負(fù)極。在N型半導(dǎo)體中摻雜了磷、砷等元素，所以N型半導(dǎo)體的多子為自由電子(Electronics)，少子為空穴(Hole)。而貴金屬中的自由電子較少，所以電子(Electronics)由N型半導(dǎo)體向金屬擴(kuò)散。因為金屬中沒有空穴(Hole)的存在，所以當(dāng)電子不斷向金屬擴(kuò)散，N型半導(dǎo)體得不到空穴補(bǔ)充所以帶正電，貴金屬端由于多了自由電子所以帶負(fù)電。Schottky diode 就形成了一個從N型半導(dǎo)體指向貴金屬端的內(nèi)電場。如下圖。

圖 電子的擴(kuò)散
 
在內(nèi)電場的作用下，貴金屬端的電子漂移至N型半導(dǎo)體。隨著漂移運動，內(nèi)電場又逐漸被削弱，擴(kuò)散運動增加。最后擴(kuò)散運動與漂移運動達(dá)到平衡，在N型半導(dǎo)體與貴金屬之間形成了Schottky barriers(肖特基勢壘)。如下圖。

圖 電子的擴(kuò)散與漂移平衡
 
1施加正向電壓時
當(dāng)對肖特基二極管施加正向電壓時，中間的空間電荷區(qū)減少，加劇擴(kuò)散運動。如下圖。

圖 正向電壓作用下
 
2施加反向電壓時
當(dāng)對肖特基二極管施加反向電壓時，在反向電壓與內(nèi)電場的共同作用下空間電荷區(qū)增加，擴(kuò)散運動受抑。少量電子在外加電壓與內(nèi)電場的共同作用下從貴金屬端漂移至N型半導(dǎo)體。N型半導(dǎo)體的電子因為空間電荷區(qū)的增大以及外加電場與內(nèi)電場共同的影響無法穿過空間電荷區(qū)到達(dá)貴金屬端，形成反向截止。

圖 反向電壓作用