肖特基二極管失效機(jī)理

肖特基二極管（Schottky Barrier Diode, SBD）作為一種快速開關(guān)元件，在電子設(shè)備中得到了廣泛的應(yīng)用。但是，隨著SBD所承受的工作壓力和工作溫度不斷升高，極易出現(xiàn)失效問題。因此，深入研究SBD失效機(jī)理，對于促進(jìn)SBD的性能和壽命提高，具有重要的意義。

SBD失效機(jī)理可以從電學(xué)和物理兩個方面討論。首先，SBD失效機(jī)理包括電學(xué)性失效和物理性失效。

電學(xué)性失效：

1.反向擊穿失效

SBD在反向電場下受到電子滲出現(xiàn)象（即逆向電子穿透）的影響，產(chǎn)生顯著的反向漏電流，可能導(dǎo)致反向擊穿失效。反向擊穿失效是由于電子與物質(zhì)相互作用的能力不同，尤其是在半導(dǎo)體中，電子能在粒子鍵結(jié)構(gòu)中自由運(yùn)動，但不能在禁帶區(qū)運(yùn)動，只有越過能帶壘（能量勢壘）或電場起伏后，能夠通過載流子密度的通道來從原子上方的價帶移動到下方的導(dǎo)帶。當(dāng)反向電場足夠高時，存在足夠強(qiáng)的載流子密度，使得出現(xiàn)軌道共振，電子滲透到禁帶區(qū)，在禁帶區(qū)發(fā)生大量復(fù)合效應(yīng)，加速的載流子撞擊晶體，進(jìn)一步加劇復(fù)合效應(yīng)。因此，導(dǎo)致SBD發(fā)生反向擊穿失效。

2.熱失效

隨著高溫散熱性能不佳或過時余享受的工作時間增加，SBD內(nèi)部溫度升高，會造成正向電流增大、反向電流增加的等現(xiàn)象，此時會導(dǎo)致制造工藝和材料本身的電學(xué)性能發(fā)生變化，因此出現(xiàn)熱失效。其中主要的機(jī)理包括載流子復(fù)合和金屬 thermomigration（熱遷移散布）等。

載流子在SBD中順暢運(yùn)行是非常重要的。熱失效會導(dǎo)致載流子復(fù)合，主要包括正向電流和反向電流下載流子的大量復(fù)合。載流子的復(fù)合將導(dǎo)致SBD特性的不穩(wěn)定性，最終導(dǎo)致SBD無效。金屬 thermomigration（熱遷移）是另一種熱失效機(jī)制，它是在高溫下導(dǎo)線中的金屬原子移動，因此破壞了導(dǎo)線與重金屬結(jié)構(gòu)之間的聯(lián)系，導(dǎo)致電流傳輸困難，甚至導(dǎo)致電路中斷。

物理性失效：

1.永久性偏移

SBD中的金屬-半導(dǎo)體結(jié)（ohmic contact）由于熱膨脹系數(shù)和熱膨脹強(qiáng)度的不同而形成，隨著溫度變化，會發(fā)生常規(guī)的負(fù)溫度系數(shù)。當(dāng)然，由于金屬和半導(dǎo)體材料的熱膨脹系數(shù)和熱膨脹強(qiáng)度不匹配，它們之間的接觸會發(fā)生永久性偏移現(xiàn)象，這將極大地影響SBD的性能，從而影響其壽命。

2.金屬間化合物的擴(kuò)散

SBD中的金屬與半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)之間的剩余應(yīng)力和熱膨脹系數(shù)不匹配，因此在長時間使用過程中，金屬壓縮半導(dǎo)體，從而破壞結(jié)構(gòu)，引起金屬間化合物的擴(kuò)散。金屬間化合物的擴(kuò)散會導(dǎo)致SBD性能的不穩(wěn)定，從而影響其工作效率和壽命。

總結(jié)：

SBD的失效機(jī)理是一項(xiàng)復(fù)雜而關(guān)鍵的研究領(lǐng)域。根據(jù)上述分析，SBD失效機(jī)理主要包括電學(xué)性失效和物理性失效。它會影響SBD的性能、可靠性和工作壽命。因此，需要加強(qiáng)對SBD失效機(jī)理的研究，制定相應(yīng)的措施來提高SBD的性能和壽命。其中，掌握SBD的制造工藝和設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，以及材料科學(xué)和電子工程方面的知識是至關(guān)重要的。