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功率半導體應用知識講座—肖特基二極管的基本結構與工作原理

該接觸為歐姆接觸,與陽極的金屬-半導體的整流接觸不同。歐姆接觸不僅僅看金屬和半導體的功函數之差同城彩票。更廣義的所謂歐姆接觸同城彩票,是指接觸電阻很小且不隨外加電壓的變化而改變其阻值的線性接觸。在圖1中,陰極使用的是高摻雜接觸來做歐姆接觸。在半導體表面與金屬接觸處,如果先用擴散或合金等方法,摻入高濃度的施主或受主雜質同城彩票,構成金屬-N+-N或金屬-P+-P結構,就形成了高摻雜接觸。在本圖中同城彩票,流過金屬-N+N接觸的電流主要是電子電流同城彩票,空穴電流很小同城彩票,因此對高摻雜接觸來說同城彩票,非平衡載流子的注入是可以忽略的。在高摻雜接觸處也存在著勢壘,但只要高摻雜的N+(或P+)層雜質濃度足夠高,其勢壘寬度也將很薄同城彩票,勢壘越薄就越容易發生電子隧道穿透。因此,當勢壘減薄到一定程度以后,就不再能夠阻擋電子的運動,從而使高摻雜接觸的反向阻抗減小同城彩票。由于高摻雜接觸在工藝上易于實現,效果又好,因此大部分半導體器件的歐姆接觸都采用這種方法同城彩票。



為分析方便,忽略N+層與金屬的歐姆連接,將N和N+層看成一個層,則肖特基二極管的簡化結構如圖2所示,其中M代表金屬,將其畫成一個區來與半導體接觸,以示區分。按照二極管的端子名稱,A表示陽極,K表示陰極,圖中也給出與外圍電路的連接情況。則零偏置情況下的勢壘情況如圖3所示同城彩票。



在肖特基二極管兩端加偏置電壓同城彩票,可以認為所有電壓都加在勢壘接觸兩端同城彩票,即忽略半導體中性區和歐姆接觸的壓降。與PN結的偏置狀態類似,偏置電壓主要加在空間電荷區。當外加電壓產生的電場與空間電荷區內自建電場的方向相反時,空間電荷區減薄,勢壘降低,稱此偏置狀態為正偏置同城彩票。N型半導體的肖特基勢壘接觸在金屬接正、半導體接負時為正偏置;P型半導體的肖特基勢壘接觸則在金屬接負、半導體接正時為正偏置。反之,為反偏置。反偏置時,空間電荷區的寬度及其勢壘高度隨著外加電壓的變化而變化。由于大多數半導體都是電子遷移率高于空穴遷移率,實際應用中,大多采用N型半導體與功函數較大的金屬形成肖特基勢壘接觸。

對反偏置狀態,半導體一側的電子勢壘增高為q(UD+UR),從半導體流向金屬的電子數大幅度減少,而金屬一側的電子勢壘高度未變,從金屬流向半導體的電子流占相對優勢,兩者相互抵消,形成由半導體流向金屬的反向電流。但是同城彩票同城彩票,金屬中的電子要越過相當高的勢壘qΦM才能進入半導體中同城彩票,因此反向電流很小。由于金屬一側的電子勢壘不隨外加電壓變化,從金屬流向半導體的電子流的流密度也不會變化同城彩票。當反向電壓提高到可使從半導體流向金屬的電子流忽略不計時,反向電流即趨于飽和。在偏置的條件下,半導體與金屬處于非平衡狀態,兩者沒有統一的費米能級。半導體空間電荷區外的中性區的費米能級和金屬費米能級之差同城彩票,即等于外加電壓引起的靜電勢能之差。

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