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    肖特基二極管基本工作原理與性能

    2016-11-15

    典型的肖特基二極管的內部電路結構是以N型半導體為基片,在上面形成用砷作摻雜劑的N-外延層。陽極使用鉬或鋁等材料制成阻檔層。用二氧化硅(SiO2)來消除邊緣區域的電場,提高管子的耐壓值。N型基片具有很小的通態電阻,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。通過調整結構參數N型基片和陽極金屬之間便形成肖特基勢壘。當在肖特基勢壘兩端加上正向偏壓(陽極金屬接電源正 ,N型基片接電源負極)時,肖特基勢壘層變窄,其內阻變小; 反之,若在肖特基勢壘兩端加上反向偏壓時,肖特基勢壘層則變寬,其內阻變大。肖特基二極管原理金屬(例如鉛)和半導體(N型硅片)的接觸面上,用已形成的肖特基來阻擋反向電壓。

    肖特基二極管與PN結的整流作用原理有根本性的差異。其耐壓程度只有40V左右。其特點是:開關速度非??欤悍聪蚧謴蜁r間特別地短。因此,能制作開關二極和低壓大電流整流二極管。

    肖特基二極管是貴金屬(金、銀、鋁、鉑等)A為正極,以N型半導體B為負極,利用二者接觸面上形成的勢壘具有整流特性而制成的金屬-半導體器件。因為N型半導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中擴散。顯然,金屬A中沒有空穴,也就不存在空穴自A向B的 擴散運動。隨著電子不斷從B擴散到A,B表面電子濃度逐漸降低,表面電中性被破壞,于是就形成勢壘,其電場 方向為B→A。但在該電場作用之下,A中的電子也會產生從A→B的漂移運動,從而消弱了由于擴散運動而形成的 電場。當建立起一定寬度的空間電荷區后,電場引起的電子漂移運動和濃度不同引起的電子擴散運動達到相對平衡,便形成了肖特基勢壘。

    典型的肖特基整流管的內部電路結構如圖1所示。它是以N型半導體為基片,在上面形成用砷作摻雜劑的N-外延層。陽極(阻檔層)金屬材料是鉬。二氧化硅(SiO2)用來消除邊緣區域的電場,提高管子的耐壓值。N型基片具有很小的通態電阻,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。通過調整結構參數,可在基片與陽極金屬之間形成合適的肖特基勢壘,當加上正偏壓E時,金屬A和N型基片B分別接電源的正、負極,此時勢壘寬度Wo變窄。加負偏壓-E時,勢壘寬度就增加,見圖2。

    肖特基整流管的基本結構原理與PN結整流管有很大的區別通常將PN結整流管稱作結整流管, 而把金屬-半導管 整流管叫作肖特基整流管,采用硅平面工藝制造的鋁硅肖特基二極管也已問世,這不僅可節省貴金屬 ,大幅度降低成本,還改善了參數的一致性。

    肖特基二極管的功能著重體現是在雙極型晶體管BJT的開關電路里面,通過在BJT上連接Shockley二極管來箝位, 使得晶體管在導通狀態時其實處于很接近截止狀態,從而提高晶體管的開關速度。這種方法是74LS,74ALS,74A S等典型數字IC的TTL內部電路中使用的技術。

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