肖特基勢壘
肖特基勢壘(Schottky Barrier),是指具有整流特性的金屬-半導(dǎo)體接觸,即具有大的勢壘高度,以及摻雜濃度比導(dǎo)帶或價帶上態(tài)密度低的金屬-半導(dǎo)體接觸,就如同二極管具有整流特性,是金屬-半導(dǎo)體邊界上形成的具有整流作用的區(qū)域。
肖特基勢壘形成:當(dāng)金屬與半導(dǎo)體接觸時,由于金屬的導(dǎo)帶能級高于半導(dǎo)體的導(dǎo)帶能級,而金屬的價帶能級低于半導(dǎo)體的價帶能級,形成了肖特基勢壘。肖特基勢壘是一個勢壘能量,阻止了電子從半導(dǎo)體向金屬方向的流動。
肖特基勢壘二極管
肖特基勢壘二極管(Schottky barrier diodes,SBD)是一種基于肖特基勢壘理論的二極管,是金屬與半導(dǎo)體材料相互接觸,且形成一定的勢壘后開始工作的一種多數(shù)載流子器件。
肖特基勢壘二極管結(jié)構(gòu)與分類
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Cg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))。
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)時,金屬的費(fèi)米能級低于半導(dǎo)體的費(fèi)米能級。在金屬內(nèi)部和半導(dǎo)體導(dǎo)帶相對應(yīng)的分能級上,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薄層之內(nèi)。
而對于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)動的結(jié)果,形成空間電荷區(qū)、自建電場和勢,并且耗盡層只在N型半導(dǎo)體一邊(勢區(qū)全部落在半導(dǎo)體一側(cè))。
勢區(qū)中自建電場方向由N型區(qū)指向金屬,隨熱電子發(fā)射自建場增加,與擴(kuò)散電流方向相反的漂移電流增大,最終達(dá)到動態(tài)平衡,在金屬與半導(dǎo)體之間形成一個接觸勢,這就是肖特基勢壘。
在外加電壓為零時,電子的擴(kuò)散電流與反向的漂移電流相等,達(dá)到動態(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,自建電場削弱,半導(dǎo)體一側(cè)勢壘降低,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,自建電場增強(qiáng),勢壘高度增加,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。
肖特基勢壘二極管的符號與結(jié)構(gòu)
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