肖特基二极管的结构

文摘   科技   2024-07-16 18:58   浙江  

肖特基二极管的结构

肖特基二极管的核心是由金属和N型半导体所组成的,这看起来似乎很简单,但实际结构比想象中要更加复杂一些。如下图所示,为肖特基二极管结构示意图,其主要有如下几部分组成:

1. 阳极(金属):由金属(金、银、铝、钼等材料)组成,用SiQ2来消除边缘区域电场,提高二极管反向耐压值。

2. 阴极主要由如下几部分组成:

1,N-外延层:低掺杂。

2,N型基片:小通态电阻,掺杂浓度为N-100倍。

3,N+阴极层,用于减小阴极“接触电阻”。

4,阴极金属。

3. 通过调整结构参数,在基片和阳极金属之间形成合适的肖特基势垒。

结构示意图如下所示。

我们再看了肖特基二极管的结构之后,会产生一个疑问:为什么肖特基势垒区的N半导体的掺杂浓度要低一些,而与阴极金属接触的N半导体掺杂浓度要更高呢?

要引入更复杂的结构(花费更多的成本),肯定是有原因的:

1. 虽然还没讲到:为什么N区会失去电子而金属反而能得到电子;但事实就是:肖特基二极管中的金属替代了原来P型半导体,与N半导体之间建立了肖特基势垒,而且内建电场的方向是N半导体—>金属

2. 参考PN结能带图,如果N区的掺杂浓度变大,那么肖特基势垒区间距就变小

由于金属不存在空穴,从N区跨越到金属的“自由电子”在金属表层,所以肖特基二极管势垒区只存在N区中,间距远小于PN结(结电容是否相对来说更大呢?反向击穿电压是否相对更小呢?)。

根据 “隧穿效应”原理:如果势垒区很小,那么在加反向电压时,金属侧“自由电子”能很容易的“隧穿”到N区,形成电流

3. 高浓度掺杂的N区与金属的“接触电阻”就会便非常小(后面“欧姆接触”章节内容进行具体的原理分析),这也解释了:为什么与阴极金属接触的N区是高掺杂的。

4. 如果N区的掺杂浓度很小,肖特基势垒区宽度足够大,就能够增加肖特基反向耐压;但肖特基势垒区天生比PN结距离要小,所以其反向电流会相对更大,反向耐压会更小。

肖特基二极管的工艺结构

肖特基二极管主要有两种工艺结构:点接触结构和平面接触结构。两种结构各有特点,就我个人来说一般使用的是平面接触结构的肖特基二极管。

接下来分别简单介绍两种工艺结构:

1. 点接触:用一根尖端细金属丝与半导体接触制成,用机械接触或用放电工艺得到一个很小的合金结;

2. 平面结构是我们最常用的,它有很多不同的结构用于改进反向电压:

1, 平面结构比点接触的正向压降低,电流大,反向击穿电压有所提高;但是势垒结边缘电场集中,反向漏电流更大;VRM<60V

2, 为了缓和边缘电场集中问题,采用了金属场板结构。

3, 为进一步改进边缘电场,增加P型保护环结构。

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