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肖特基二极管基本工作原理与性能
2016/11/15
典型的肖特基二极管的内部电路结构是以N型半导体为基片,在上面形成用砷作掺杂剂的N-外延层。阳极使用钼或铝等材料制成阻档层。用二氧化硅(SiO2)来消除边缘区域的电场,提高管子的耐压值。N型基片具有很小的通态电阻,其掺杂浓度较H-层要高100%倍。在基片下边形成N+阴极层,其作用是减小阴极的接触电阻。通过调整结构参数N型基片和阳极金属之间便形成肖特基势垒。当在肖特基势垒两端加上正向偏压(阳极金属接电源正 ,N型基片接电源负极)时,肖特基势垒层变窄,其内阻变小; 反之,若在肖特基势垒两端加上反向偏压时,肖特基势垒层则变宽,其内阻变大。肖特基二极管原理金属(例如铅)和半导体(N型硅片)的接触面上,用已形成的肖特基来阻挡反向电压。
 
肖特基二极管与PN结的整流作用原理有根本性的差异。其耐压程度只有40V左右。其特点是:开关速度非常快:反向恢复时间特别地短。因此,能制作开关二极和低压大电流整流二极管。

肖特基二极管是贵金属(金、银、铝、铂等)A为正极,以N型半导体B为负极,利用二者接触面上形成的势垒具有整流特性而制成的金属-半导体器件。因为N型半导体中存在着大量的电子,贵金属中仅有极少量的 自由电子,所以电子便从浓度高的B中向浓度低的A中扩散。显然,金属A中没有空穴,也就不存在空穴自A向B的 扩散运动。随着电子不断从B扩散到A,B表面电子浓度逐渐降低,表面电中性被破坏,于是就形成势垒,其电场 方向为B→A。但在该电场作用之下,A中的电子也会产生从A→B的漂移运动,从而消弱了由于扩散运动而形成的 电场。当建立起一定宽度的空间电荷区后,电场引起的电子漂移运动和浓度不同引起的电子扩散运动达到相对平衡,便形成了肖特基势垒。
 
典型的肖特基整流管的内部电路结构如图1所示。它是以N型半导体为基片,在上面形成用砷作掺杂剂的N-外延层。阳极(阻档层)金属材料是钼。二氧化硅(SiO2)用来消除边缘区域的电场,提高管子的耐压值。N型基片具有很小的通态电阻,其掺杂浓度较H-层要高100%倍。在基片下边形成N+阴极层,其作用是减小阴极的接触电阻。通过调整结构参数,可在基片与阳极金属之间形成合适的肖特基势垒,当加上正偏压E时,金属A和N型基片B分别接电源的正、负极,此时势垒宽度Wo变窄。加负偏压-E时,势垒宽度就增加,见图2。

肖特基整流管的基本结构原理与PN结整流管有很大的区别通常将PN结整流管称作结整流管, 而把金属-半导管 整流管叫作肖特基整流管,采用硅平面工艺制造的铝硅肖特基二极管也已问世,这不仅可节省贵金属 ,大幅度降低成本,还改善了参数的一致性。
 
肖特基二极管的功能着重体现是在双极型晶体管BJT的开关电路里面,通过在BJT上连接Shockley二极管来箝位, 使得晶体管在导通状态时其实处于很接近截止状态,从而提高晶体管的开关速度。这种方法是74LS,74ALS,74A S等典型数字IC的TTL内部电路中使用的技术。