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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發明的,故命名為Schottky diode。肖特基二極管有別與一般的PN結二極管。一般的PN結二極管是利用N型半導體與P型半導體形成的PN結制作而成。而肖特基二極管是一種利用貴金屬-半導體接觸形成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結型二極管,所以正向導通所需的電壓很低。肖特基二極管的反向恢復時間(trr)非常快,因為其不存在少數載流子的壽命問題,反向恢復電荷非常少,所以其開關頻率特別高,可達100GHz。這些特性使得肖特基二極管在高頻應用領域占有重要位置。

圖 肖特基二極管外觀
 
肖特基二極管的發展歷史
1874年發現了金屬和硫化物半導體接觸時具有整流作用。上世紀30年代末發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。40年代初,PN結二極管出現。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型半導體作為負極。在N型半導體中摻雜了磷、砷等元素,所以N型半導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型半導體向金屬擴散。因為金屬中沒有空穴(Hole)的存在,所以當電子不斷向金屬擴散,N型半導體得不到空穴補充所以帶正電,貴金屬端由于多了自由電子所以帶負電。Schottky diode 就形成了一個從N型半導體指向貴金屬端的內電場。如下圖。

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

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

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

圖 反向電壓作用

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