簡(jiǎn)介

　　肖特基二極管是以其發(fā)明人肖特基博士(Schottky)命名的，SBD是肖特基勢(shì)壘二極管(SchottkyBarrierDiode,縮寫成SBD)的簡(jiǎn)稱。SBD不是利用P型半導(dǎo)體與N型半導(dǎo)體接觸形成PN結(jié)原理制作的，而是利用金屬與半導(dǎo)體接觸形成的金屬-半導(dǎo)體結(jié)原理制作的。因此，SBD也稱為金屬-半導(dǎo)體(接觸)二極管或表面勢(shì)壘二極管，它是一種熱載流子二極管。是近年來問世的低功耗、大電流、超高速半導(dǎo)體器件。其反向恢復(fù)時(shí)間極短(可以小到幾納秒)，正向?qū)▔航祪H0.4V左右，而整流電流卻可達(dá)到幾千毫安。這些優(yōu)良特性是快恢復(fù)二極管所無(wú)法比擬的。中、小功率肖特基整流二極管大多采用封裝形式。

　　原理

　　肖特基二極管是貴金屬(金、銀、鋁、鉑等)A為正極，以N型半導(dǎo)體B為負(fù)極，利用二者接觸面上形成的勢(shì)壘具有整流特性而制成的金屬-半導(dǎo)體器件。因?yàn)镹型半導(dǎo)體中存在著大量的電子，貴金屬中僅有極少量的自由電子，所以電子便從濃度高的B中向濃度低的A中擴(kuò)散。顯然，金屬A中沒有空穴，也就不存在空穴自A向B的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)。隨著電子不斷從B擴(kuò)散到A，B表面電子濃度逐漸降低，表面電中性被破壞，于是就形成勢(shì)壘，其電場(chǎng)方向?yàn)锽→A。但在該電場(chǎng)作用之下，A中的電子也會(huì)產(chǎn)生從A→B的漂移運(yùn)動(dòng)，從而消弱了由于擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)而形成的電場(chǎng)。當(dāng)建立起一定寬度的空間電荷區(qū)后，電場(chǎng)引起的電子漂移運(yùn)動(dòng)和濃度不同引起的電子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)達(dá)到相對(duì)的平衡，便形成了肖特基勢(shì)壘。

　　典型的肖特基整流管的內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)是以N型半導(dǎo)體為基片，在上面形成用砷作摻雜劑的N-外延層。陽(yáng)極使用鉬或鋁等材料制成阻檔層。用二氧化硅(SiO2)來消除邊緣區(qū)域的電場(chǎng)，提高管子的耐壓值。N型基片具有很小的通態(tài)電阻，其摻雜濃度較H-層要高100%倍。在基片下邊形成N+陰極層，其作用是減小陰極的接觸電阻。通過調(diào)整結(jié)構(gòu)參數(shù)，N型基片和陽(yáng)極金屬之間便形成肖特基勢(shì)壘，如圖所示。當(dāng)在肖特基勢(shì)壘兩端加上正向偏壓(陽(yáng)極金屬接電源正極，N型基片接電源負(fù)極)時(shí)，肖特基勢(shì)壘層變窄，其內(nèi)阻變小;反之，若在肖特基勢(shì)壘兩端加上反向偏壓時(shí)，肖特基勢(shì)壘層則變寬，其內(nèi)阻變大。

　　綜上所述，肖特基整流管的結(jié)構(gòu)原理與PN結(jié)整流管有很大的區(qū)別通常將PN結(jié)整流管稱作結(jié)整流管，而把金屬-半導(dǎo)管整流管叫作肖特基整流管，近年來，采用硅平面工藝制造的鋁硅肖特基二極管也已問世，這不僅可節(jié)省貴金屬，大幅度降低成本，還改善了參數(shù)的一致性。

　　優(yōu)點(diǎn)

　　SBD具有開關(guān)頻率高和正向壓降低等優(yōu)點(diǎn)，但其反向擊穿電壓比較低，大多不高于60V，最高僅約100V，以致于限制了其應(yīng)用范圍。像在開關(guān)電源(SMPS)和功率因數(shù)校正(PFC)電路中功率開關(guān)器件的續(xù)流二極管、變壓器次級(jí)用100V以上的高頻整流二極管、RCD緩沖器電路中用600V～1.2kV的高速二極管以及PFC升壓用600V二極管等，只有使用快速恢復(fù)外延二極管(FRED)和超快速恢復(fù)二極管(UFRD)。目前UFRD的反向恢復(fù)時(shí)間Trr也在20ns以上，根本不能滿足像空間站等領(lǐng)域用1MHz～3MHz的SMPS需要。即使是硬開關(guān)為100kHz的SMPS，由于UFRD的導(dǎo)通損耗和開關(guān)損耗均較大，殼溫很高，需用較大的散熱器，從而使SMPS體積和重量增加，不符合小型化和輕薄化的發(fā)展趨勢(shì)。因此，發(fā)展100V以上的高壓SBD，一直是人們研究的課題和關(guān)注的熱點(diǎn)。近幾年，SBD已取得了突破性的進(jìn)展，150V和肖特基二極管200V的高壓SBD已經(jīng)上市，使用新型材料制作的超過1kV的SBD也研制成功，從而為其應(yīng)用注入了新的生機(jī)與活力。

　　結(jié)構(gòu)

　　新型高壓SBD的結(jié)構(gòu)和材料與傳統(tǒng)SBD是有區(qū)別的。傳統(tǒng)SBD是通過金屬與半導(dǎo)體接觸而構(gòu)成。金屬材料可選用鋁、金、鉬、鎳和鈦等，半導(dǎo)體通常為硅(Si)或砷化鎵(GaAs)。由于電子比空穴遷移率大，為獲得良好的頻率特性，故選用N型半導(dǎo)體材料作為基片。為了減小SBD的結(jié)電容，提高反向擊穿電壓，同時(shí)又不使串聯(lián)電阻過大，通常是在N+襯底上外延一高阻N-薄層。其結(jié)構(gòu)示圖如圖1(a)，圖形符號(hào)和等效電路分別如圖1(b)和圖1(c)所示。在圖1(c)中，CP是管殼并聯(lián)電容，LS是引線電感，RS是包括半導(dǎo)體體電阻和引線電阻在內(nèi)的串聯(lián)電阻，Cj和Rj分別為結(jié)電容和結(jié)電阻(均為偏流、偏壓的函數(shù))。

　　大家知道，金屬導(dǎo)體內(nèi)部有大量的導(dǎo)電電子。當(dāng)金屬與半導(dǎo)體接觸(二者距離只有原子大小的數(shù)量級(jí))時(shí)，金屬的費(fèi)米能級(jí)低于半導(dǎo)體的費(fèi)米能級(jí)。在金屬內(nèi)部和半導(dǎo)體導(dǎo)帶相對(duì)應(yīng)的分能級(jí)上，電子密度小于半導(dǎo)體導(dǎo)帶的電子密度。因此，在二者接觸后，電子會(huì)從半導(dǎo)體向金屬擴(kuò)散，從而使金屬帶上負(fù)電荷，半導(dǎo)體帶正電荷。由于金屬是理想的導(dǎo)體，負(fù)電荷只分布在表面為原子大小的一個(gè)薄層之內(nèi)。而對(duì)于N型半導(dǎo)體來說，失去電子的施主雜質(zhì)原子成為正離子，則分布在較大的厚度之中。電子從半導(dǎo)體向金屬擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的結(jié)果，形成空間電荷區(qū)、自建電場(chǎng)和勢(shì)壘，并且耗盡層只在N型半導(dǎo)體一邊(勢(shì)壘區(qū)全部落在半導(dǎo)體一側(cè))。勢(shì)壘區(qū)中自建電場(chǎng)方向由N型區(qū)指向金屬，隨熱電子發(fā)射自建場(chǎng)增加，與擴(kuò)散電流方向相反的漂移電流增大，最終達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，在金屬與半導(dǎo)體之間形成一個(gè)接觸勢(shì)壘，這就是肖特基勢(shì)壘。

　　在外加電壓為零時(shí)，電子的擴(kuò)散電流與反向的漂移電流相等，達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。在加正向偏壓(即金屬加正電壓，半導(dǎo)體加負(fù)電壓)時(shí)，自建場(chǎng)削弱，半導(dǎo)體一側(cè)勢(shì)壘降低，于是形成從金屬到半導(dǎo)體的正向電流。當(dāng)加反向偏壓時(shí)，自建場(chǎng)增強(qiáng)，勢(shì)壘高度增加，形成由半導(dǎo)體到金屬的較小反向電流。因此，SBD與PN結(jié)二極管一樣，是一種具有單向?qū)щ娦缘姆蔷€性器件。