歡迎回到芝識(shí)課堂！上節(jié)課我們看到了pn結(jié)的局限性——反向恢復(fù)時(shí)間。今天，讓我們探索一種完全不同的結(jié)構(gòu)：金屬-半導(dǎo)體結(jié)。正是它，孕育了我們本期的主角——肖特基勢(shì)壘二極管。這次“握手”如何創(chuàng)造出更快的電流開(kāi)關(guān)？讓我們一探究竟！

金屬－半導(dǎo)體結(jié)的性質(zhì)

金屬－半導(dǎo)體結(jié)是將金屬與半導(dǎo)體連接在一起，其性質(zhì)由兩者的功函數(shù)決定。功函數(shù)（Φ）是將一個(gè)電子從材料內(nèi)部移到真空中所需的最小能量，Φ越大，電子越難離開(kāi)。

當(dāng)金屬與n型半導(dǎo)體接觸，如果金屬功函數(shù)大于半導(dǎo)體功函數(shù)（Φm＞Φs），半導(dǎo)體中的電子會(huì)流向金屬，在半導(dǎo)體表面形成耗盡層和內(nèi)建電場(chǎng)，建立起一個(gè)肖特基勢(shì)壘。這個(gè)結(jié)具有整流特性，稱為肖特基接觸（肖特基結(jié)）下圖是無(wú)偏置肖特基結(jié)。

圖1. 無(wú)偏肖特基結(jié)

以下兩張圖分別是正向偏置的肖特基結(jié)和反向偏置的肖特基結(jié)。

圖2. 正向偏置的肖特基結(jié)

圖3. 反向偏置的肖特基結(jié)

如果Φm＜Φs，則形成歐姆接觸（歐姆結(jié)），沒(méi)有整流效應(yīng)，正反向都能導(dǎo)電，常用于芯片上的焊盤(pán)，以形成封裝互連。

圖4. 歐姆結(jié)

肖特基結(jié)單極導(dǎo)電的速度優(yōu)勢(shì)

在肖特基結(jié)（Φm＞Φs）中，半導(dǎo)體側(cè)的電子要進(jìn)入金屬，必須越過(guò)肖特基勢(shì)壘。正向偏置時(shí)，外電壓降低勢(shì)壘，電子從半導(dǎo)體流向金屬，形成電流。

圖5. VF情況下的金屬半導(dǎo)體結(jié)正向偏置

反向偏置時(shí)，勢(shì)壘升高，電子很難過(guò)去，只有極小的熱電子發(fā)射電流。

最關(guān)鍵的是，在整個(gè)過(guò)程中，只有電子（多數(shù)載流子）參與導(dǎo)電，沒(méi)有少數(shù)載流子（空穴）的注入和存儲(chǔ)。

因此，當(dāng)外加電壓切換時(shí)，沒(méi)有需要清理的“存儲(chǔ)電荷”，狀態(tài)切換速度極快，反向恢復(fù)時(shí)間（trr）極短，也就是速度更快。

肖特基結(jié)與pn結(jié)的核心對(duì)比

肖特基結(jié)與pn結(jié)有本質(zhì)的區(qū)別：pn結(jié)是雙極型器件，電子和空穴都參與導(dǎo)電，導(dǎo)致少子存儲(chǔ)和較長(zhǎng)的trr；肖特基結(jié)是單極型器件，僅靠多數(shù)載流子導(dǎo)電，因此速度極快。

另外，肖特基結(jié)的正向?qū)妷焊停ㄍǔ?.3V左右，而硅pn結(jié)約0.7V）。但作為權(quán)衡，肖特基結(jié)的反向耐壓通常較低，反向漏電流較大。

肖特基結(jié)就像是一個(gè)“電子單向發(fā)射機(jī)”，只有能量夠高的電子才能從半導(dǎo)體發(fā)射到金屬。因?yàn)闆](méi)有“空穴炮彈”的裝填過(guò)程，所以發(fā)射/停止的切換可以非常迅速。

事實(shí)上，肖特基勢(shì)壘二極管是通過(guò)半導(dǎo)體與金屬的結(jié)而形成的低正向電壓（VF）二極管。而VF和反向電流（IR）之間的相關(guān)性取決于所用的金屬。東芝開(kāi)發(fā)了使用多種金屬的產(chǎn)品線，提供從小信號(hào)產(chǎn)品到電力線產(chǎn)品的各種反向電壓的廣泛的產(chǎn)品線，包括VF和低IR類(lèi)型肖特基勢(shì)壘二極管，以提高效率和節(jié)省功耗。

今天我們認(rèn)識(shí)了更快的金屬－半導(dǎo)體肖特基結(jié)，理解了它憑借單極導(dǎo)電機(jī)制實(shí)現(xiàn)超快速度和低導(dǎo)通壓降的原理。

那么，基于這個(gè)結(jié)制造的實(shí)際器件——肖特基勢(shì)壘二極管，具體有什么特點(diǎn)？該如何使用？在最后一課，芝子將為你全面解讀肖特基勢(shì)壘二極管的特性、選型要點(diǎn)和經(jīng)典應(yīng)用，讓我們把知識(shí)轉(zhuǎn)化為實(shí)戰(zhàn)力量！

關(guān)于東芝電子元件及存儲(chǔ)裝置株式會(huì)社

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