肖特基勢壘二極管構(gòu)造原理及特性PPT課件

1、肖特基勢壘二極管的構(gòu)造原理及特性 體作為工作層，在其上面再形成零點(diǎn)幾 的二氧化硅絕緣層，光刻并腐蝕直徑為零點(diǎn)幾或幾十 的小洞，再用金屬點(diǎn)接觸壓接一根金屬絲或在面接觸中淀積一層金屬和N 型半導(dǎo)體形成金屬半導(dǎo)體結(jié)，在該點(diǎn)上鍍金形成正極，給另一面 層鍍金形成負(fù)極，即可完成管芯。 肖特基勢壘二極管有兩種管芯結(jié)構(gòu)：點(diǎn)接觸型和面結(jié)合型，如圖2-1所示。點(diǎn)接觸型管芯用一根金屬絲壓接在N型半導(dǎo)體外延層表面上形成金半接觸。面結(jié)合型管芯先要在N型半導(dǎo)體外延層表面上生成二氧化硅(SiO2)保護(hù)層，再用光刻的辦法腐蝕出一個(gè)小孔，暴露出N型半導(dǎo)體外延層表面，淀積一層金屬膜(一般采用金屬鉬或鈦，稱為勢壘金屬)形成金半接觸

2、，再蒸鍍或電鍍一層金屬(金、銀等)構(gòu)成電極。mmN第1頁/共14頁肖特基勢壘二極管的構(gòu)造原理及特性圖 2-1兩種肖特基勢壘二極管結(jié)構(gòu)(a) 點(diǎn)接觸型；(b) 面結(jié)合型第2頁/共14頁肖特基勢壘二極管的構(gòu)造原理及特性 2、工作原理 肖特基勢壘二極管工作的關(guān)鍵區(qū)域是金屬和N型半導(dǎo)體結(jié)形成的肖特基勢壘區(qū)域。 第3頁/共14頁肖特基勢壘二極管的構(gòu)造原理及特性 肖特基勢壘結(jié)的形成：在金屬和N型半導(dǎo)體中都存在導(dǎo)電載流子電子。它們的費(fèi)米能級(jí)（ ）不同，逸出功也不同。當(dāng)金屬和N 型半導(dǎo)體接觸時(shí)，由于半導(dǎo)體的費(fèi)米能級(jí)高于金屬中的費(fèi)米能級(jí)，電子流從半導(dǎo)體一側(cè)向金屬一側(cè)擴(kuò)散，同時(shí)也存在金屬中的少數(shù)能量大的電子跳到半

3、導(dǎo)體中的熱電子發(fā)射；顯然，擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)占據(jù)明顯優(yōu)勢，于是界面上金屬中形成電子堆積，在半導(dǎo)體中出現(xiàn)帶正電的耗盡層。在界面上形成由半導(dǎo)體指向金屬的內(nèi)建電場，它是阻止電子向金屬一側(cè)擴(kuò)散的，而對(duì)熱電子發(fā)射則沒有影響。隨著擴(kuò)散過程的繼續(xù)，內(nèi)間電場增強(qiáng)，擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)削弱。于是在某一耗盡層厚度下，擴(kuò)散和熱電子發(fā)射處于平衡狀態(tài)。宏觀上耗盡層穩(wěn)定，兩邊的電子數(shù)也穩(wěn)定。界面上就形成一個(gè)對(duì)半導(dǎo)體一側(cè)電子的穩(wěn)定高度勢壘fE1SmsWWe第4頁/共14頁肖特基勢壘二極管的構(gòu)造原理及特性 它和耗盡層厚度有如下的關(guān)系： ，其中， ND為N的摻雜濃度，WD為耗盡層厚度。存在于金屬半 導(dǎo)體界面由擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)形成的勢壘稱為肖特基勢壘，耗盡層

4、 和電子堆積區(qū)域稱為金屬半導(dǎo)體結(jié)。2/2SDDeN W 單向?qū)щ娫恚簡蜗驅(qū)щ娫恚喝绻o金屬半導(dǎo)體結(jié)加上偏壓，則根據(jù)偏壓方向不同、其導(dǎo)電特性也不同。如圖2-2零偏：保持前述勢壘狀態(tài)正偏：金屬一側(cè)接正極，半導(dǎo)體一側(cè)接負(fù)極 外加電場與內(nèi)建電場方向相反，內(nèi)建電廠被削弱，耗盡層變薄，肖特基勢壘高度降低，使擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)，半導(dǎo)體一側(cè)的電子大量的源源不斷的流向金屬一側(cè)造成與偏壓方向一致的電流，金屬半導(dǎo)體結(jié)呈正向?qū)щ娞匦?，且外?/2SDDVeN W電壓越大，導(dǎo)電性越好,其關(guān)系為：第5頁/共14頁肖特基勢壘二極管的構(gòu)造原理及特性圖2-2 金屬-半導(dǎo)體結(jié)在外加電壓作用下的情況（a）不加偏壓 （b）加正向偏壓

5、（c）加反向偏壓第6頁/共14頁肖特基勢壘二極管的構(gòu)造原理及特性反偏：金屬一側(cè)接負(fù)極，半導(dǎo)體一側(cè)接正極 外加電場與內(nèi)建電場方向一致、耗盡層變厚、擴(kuò)散趨勢削弱、熱電子發(fā)射占優(yōu)勢，但這部分電子數(shù)量很少，不會(huì)是發(fā)射電流增大。在反偏電壓的規(guī)定范圍內(nèi)，只有很小的反向電流。在反偏情況下，肖特基勢壘呈大電阻特性。反偏電壓過大時(shí)，則導(dǎo)致反向擊穿。 肖特基勢壘具有單向?qū)щ娞匦裕cPN結(jié)類似但只有電子運(yùn)動(dòng)，反應(yīng)靈活，使用頻率高。 二、肖特基勢壘二極管的特性 1、伏安特性1)exp(nKTeVIIDSa1DaVSaeI第7頁/共14頁肖特基勢壘二極管的構(gòu)造原理及特性圖2-3肖特基勢壘二極管的伏安特性曲線第8頁/共1

6、4頁肖特基勢壘二極管的構(gòu)造原理及特性各參數(shù)表征的意義： 反向飽和電流，n 工藝因子 波爾茲曼常數(shù) 電子電荷T工作溫度V偏壓，單位為伏 2、結(jié)電阻enkTSaIA591010kJko/1038. 123ce29106 . 1nkTevSajenKTeIdVdIR/1/1其中aIIIaeaIsaavsa111第9頁/共14頁肖特基勢壘二極管的構(gòu)造原理及特性 正偏時(shí)：隨著I上升， 迅速下降 反偏時(shí)： 為一個(gè)幾兆歐的固定大電阻 3、結(jié)電容其中 ， 4、寄生參數(shù)其中 分別為N體電阻 襯底電阻 電極電阻引線電感 （零點(diǎn)幾毫微亨） jRjR 1201jSjsCdQCdVVAeNQDS SDieNAC20 321SSSSRRRR123SSSRRR、SL第10頁/共14頁肖特基勢壘二極管的構(gòu)造原理及特性封裝電容 （零點(diǎn)幾皮法 ） 三、等效電路和特性參數(shù) 1、等效電路如圖2-4 2、特性參數(shù)pC 021jSCCRf截止頻率由前面可知， 、 都很小，故截止頻率很高，可達(dá)到KHz，工作頻率SR 0jCCff51310噪聲溫度比df總輸出噪聲功率與KTB之比 jSjSnaRRRnRKTBPt2第11頁/共14頁肖特基勢壘二極管的構(gòu)造原理及特性圖2-4 肖特基二極管等效電路第12頁/共14頁肖特基勢壘二極管