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肖特基二极管原理

肖特基二极管简介
肖特基二极管是由Dr.Schottky发明的,故命名为Schottky diode。肖特基二极管有别与一般的PN结二极管。一般的PN结二极管是利用N型半导体与P型半导体形成的PN结制作而成。而肖特基二极管是一种利用贵金属-半导体接触形成Schottky barriers(肖特基势垒)的原理制作而成的。肖特基二极管的Schottky barriers(肖特基势垒)小于一般的PN结型二极管,所以正向导通所需的电压很低。肖特基二极管的反向恢复时间(trr)非常快,因为其不存在少数载流子的寿命问题,反向恢复电荷非常少,所以其开关频率特别高,可达100GHz。这些特性使得肖特基二极管在高频应用领域占有重要位置。

图 肖特基二极管外观
 
肖特基二极管的发展历史
1874年发现了金属和硫化物半导体接触时具有整流作用。上世纪30年代末发明了点接触硅整流器。1938年W.Shottky提出了金-半接触处形成势垒,奠定了金-半接触的理论基础。40年代初,PN结二极管出现。60年代,平面工艺制作出金-半二极管(Schottky diode)。
 
肖特基二极管的原理
Schottky diode 是用贵金属作为正极,N型半导体作为负极。在N型半导体中掺杂了磷、砷等元素,所以N型半导体的多子为自由电子(Electronics),少子为空穴(Hole)。而贵金属中的自由电子较少,所以电子(Electronics)由N型半导体向金属扩散。因为金属中没有空穴(Hole)的存在,所以当电子不断向金属扩散,N型半导体得不到空穴补充所以带正电,贵金属端由于多了自由电子所以带负电。Schottky diode 就形成了一个从N型半导体指向贵金属端的内电场。如下图。

图 电子的扩散
 
在内电场的作用下,贵金属端的电子漂移至N型半导体。随着漂移运动,内电场又逐渐被削弱,扩散运动增加。最后扩散运动与漂移运动达到平衡,在N型半导体与贵金属之间形成了Schottky barriers(肖特基势垒)。如下图。

图 电子的扩散与漂移平衡
 
1施加正向电压时
当对肖特基二极管施加正向电压时,中间的空间电荷区减少,加剧扩散运动。如下图。

图 正向电压作用下
 
2施加反向电压时
当对肖特基二极管施加反向电压时,在反向电压与内电场的共同作用下空间电荷区增加,扩散运动受抑。少量电子在外加电压与内电场的共同作用下从贵金属端漂移至N型半导体。N型半导体的电子因为空间电荷区的增大以及外加电场与内电场共同的影响无法穿过空间电荷区到达贵金属端,形成反向截止。

图 反向电压作用

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