硬件工程师之电子元器件—二极管（5）之肖特基二极管

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本系列文章主要讲解二极管的相关知识，希望能帮助更多的同学认识和了解二极管。

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二极管

9. 肖特基二极管(SBD)

肖特基势垒二极管（SBD）作为一种二极管，在半导体（通常是n型半导体）与金属（例如铂（Pt）、钼（Mo）或钛（Ti））之间形成一个结，但非一个pn结。由于具有小的正向电压和短的反向恢复时间，它们适用于高速开关应用。

SBD专门利用金属的功函数（即从金属表面去除电子所需的能量）与半导体的电子亲和力之间的差异所产生的肖特基势垒。（如为n型半导体，仅当金属的功函数高于n型半导体时，才会产生肖特基势垒。）

SBD的正向电压低于pn结二极管，因为SBD使用势垒低于pn结的金属半导体结。

pn结二极管是一种双极器件，其中电子和空穴均作为供体，而通常由n型半导体和金属组成的SBD是一种单极器件，其中仅电子作为供体。因此，SBD没有因残留少数载流子而产生的反向恢复电荷，使用pn结二极管时需注意此问题。然而，由于端子间存在的静电电容，因此存在反向恢复时间，尽管与pn结二极管相比它较小。

SBD的正向电压低并且反向恢复时间短，因此SBD适用于高速开关应用。

硅SBD只能承受几十伏电压，而一些使用宽禁带（WBG）半导体的SiC SBD的耐压超过600V。

图 22 各种二极管的I-V特性

10. 肖特基二极管的特性

与pn结二极管（PND）相比，SBD具有以下优点和缺点：

优点：

1. 正向电压（V(F)）低

2. 开关速度高（极短的反向恢复时间）

缺点：

1. 漏电流大

2. 反向耐压低

由p型和n型半导体结形成的pn结二极管，因为这两个半导体之间的电势差会产生结势垒而起到二极管的作用。

相反，由半导体（通常是n型半导体）与铂（Pt）、钼（Mo）和钛（Ti）等金属的结形成的肖特基势垒二极管（SBD）由于功函数差异产生了肖特基势垒而用作二极管。在SBD的结形成之前，金属的导带中充满高达费米能级的电子。因此，例如当金属与n型半导体接合时，其中并不存在作为n型半导体的少数载流子的空穴，因为它们与金属中的电子结合。这意味着只有电子会产生电流。因此，SBD称为单极器件。

由于不存在少数载流子，SBD仅表现出极短的反向恢复时间，而反向恢复时间是pn结二极管的一个问题。

决定SBD的正向电压的势垒（肖特基势垒）的大小取决于金属的功函数与半导体的电子亲和力之差。减小这种差异有助于降低二极管导通正向电压（V(F)或V(FM)），如图23所示。

图 23 I-V特性（不同金属的特性）

对于pn结二极管等双极器件，通过电导率调制可降低大电流区域的V(F)。然而，由于在作为单极器件的SBD中不发生电导率调制，因此漂移区中的电阻降低。换言之，其漂移区的掺杂剂浓度必须高于典型的pn结二极管的掺杂剂浓度。SBD的缺点是反向耐压（V(R)或V(RRM)）低。现在大部分厂家使用碳化硅（SiC）（一种宽禁带（WBG）半导体）代替硅制造的SBD。由于比硅更高的禁带和键合强度，SiC的高介电击穿强度比硅高出10倍。因此，SiC SBD可提供650V或更高的绝缘强度，而硅SBD实际上只能提供150V左右的耐压。

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