Диоды Шоттки

Диод Шоттки – это полупроводниковый диод, выпрями­тельные свойства которого основаны на взаимодействии ме­талла и обедненного слоя полупроводника.

Для создания диодов Шоттки (ДШ) используется пе­реход металл – полупроводник. Работа этих диодов основа­на на переносе основных носителей заряда и характеризу­ется высоким быстродействием. Так как в них отсутствует характерное для р-n переходов накопление неосновных но­сителей заряда, ДШ используют в качестве элементов инте­гральных микросхем, а также в качестве дискретных при­боров. Силовые (мощные) ДШ для силовой полупроводниковой электроники изготавливаются на основе кремния n-типа, имеют рабо­чие токи до нескольких сот ампер, исключительно высокое быстродействие (по сравнению с диодами на основе р-n переходов), но низкие рабочие напряжения, не превышаю­щие нескольких десятков вольт.

Низкие рабочие напряжения ДШ прежде всего связаны с наличием «краевых» эффектов при лавинном пробое пе­рехода, которые имеют место на периферии металлического контакта. Дело в том, что с увеличением обратного напря­жения увеличивается напряженность электрического поля в ОПЗ ДШ. При критических полях 300 кВ/см в крем­нии начинается ударная ионизация электронно-дырочных пар и их лавинное размножение, приводящее к сильному возрастанию обратного тока перехода.

Рис.10. Простейшая а) и реальная б) конструкции диода Шоттки:

В простейшей кон­струкции ДШ (рис.10а) силовые линии электрического поля, замыкающиеся на положительных зарядах ионов до­норов, вблизи края металла резко сгущаются, что опреде­ляет резкое нарастание краевого поля. Этот эффект наибо­лее выражен при слабом легировании полупроводника и приводит к краевому лавинному пробою при очень низ­ких напряжениях (несколько вольт). Для ослабления крае­вого поля и повышения напряжения пробоя было предло­жено множество конструкций ДШ, наиболее удачной и упо­требительной из которых является структура с охранным р-n переходом (рис. 10б). Таким образом, при глубине залегания р-n перехода в несколько микрометров удается повысить напряжение пробоя ДШ до нескольких сотен вольт.

Основная причина инерционности ДШ связана с пере­распределением заряда вблизи границы ОПЗ при изменении внешнего напряжения U, т. е. с изменением толщины барь­ера х_n. Такое поведение диода подобно поведению конден­сатора. Заряд конденсатора связан нелинейной функцио­нальной зависимостью с напряжением U, т. е. имеет нели­нейную кулоновольтную характеристику. Количественно такая нелинейная емкость, называемая барьерной, опреде­ляется дифференциальным соотношением:

(4)

Емкость С_бар сильно возрастает при прямых смещениях (U>0) и уменьшается при обрат­ных (U<0). При больших прямых смещениях (U~Uj) нарушаются допущения, принятые при выводе этой фор­мулы (предположение о полном обеднении ОПЗ), и эта формула непригодна.

Обратные токи ДШ на 3-4 порядка больше обратных токов диодов с р-n переходом, а прямые напряжения для ДШ значительно ниже. На рис.11 показаны прямые ха­рактеристики ДШ и для сравнения приведена ВАХ диода с р-n переходом.

Рис. 11. Прямые ВАХ диодов в области больших (а) и малых (б) токов:

1 – диод Шоттки; 2 – диод на основе р-n перехода

В настоящее время силовые ДШ наиболее эффективны как низковольтные быстродействующие диоды на большие токи.

В зависимости от конструкции диода Шоттки они делятся на выпрямительные, сверхбыстрые диоды и сигнальные.