肖特基势垒二极管结构及应用

  金属-半导体(MS)结更常用的名称是肖特基势垒二极管，有时也叫做表面势垒二极管。由于界面处能带的不连续性，注入的载流子具有多余的能量，所以该结构也称为热载流子二极管或热电子二极管。MS结也是其他许多器件的有用结构单元。MS结的一种特殊类型是欧姆接触，此时半导体重掺杂。显然，每一种半导体器件都需要欧姆接触，因为最终的导体总是金属。
  金属-半导体系统是最早的半导体器件之一。该器件的应用可以追溯到1900年之前。1938年，Schottky和Mott分别独自实现了用半导体表面空间电荷形成势垒。1942年，Bethe系统阐述了热电子辐射理论。随后该理论在1966年由Crowell和Sze加以完善。1947年，由Bardeen提出的表面态理论有助于更深入地理解实验结果。1968年，Lepselter及其合作伙伴率先用硅化物替代硅表面的金属。1984年，Tung开发的外延硅化物工艺提供了对本征金属-半导体特性的新见解。
 
  1. 结构
  早期的肖特基势垒二极管是点接触形式(图1)。其中称为触须的金属线压接在干净的金属表面上(点接触具有肖特基势垒特性或p-n结特性，取决于成形工艺)。这种结构不可靠，重复性也差，后来被真空淀积金属取代。图1(c)所示的扩散保护环，常常用来防止二极管周边上强电场引起的漏泄效应和击穿效应。对于硅衬底，可以用金属硅化物替代金属。

 
  制作肖特基势垒二极管的关键工艺步骤是制备干净的表面，以用于金属的紧密接触。在制作中，采用化学方法将表面清洗干净。除采用真空背面溅射清洗以外，实验者也要检查表面是否有裂纹。通常采用蒸发或溅射方法在真空中淀积金属。化学淀积方法正得到普及，特别是对于难熔金属中。电镀方法也被使用，但溶液造成的粘污不易控制。硅衬底上硅化物的制备，通常先淀积金属然后进行热处理，以形成硅化物。这种系统可能更理想，因为其反应将消耗硅，而硅化物与半导体的界面则扩展到初始表面以下。肖特基结构的优点之一是低温处理，能够避免离子注入之后在杂质扩散或杂质激活中所要求的高温处理步骤。
 
  2. 应用
  肖特基势垒二极管的主要特点是高频性能好和正向压降低。这些特点加上制作简便，使该器件得到广泛的应用。
  (1)作为通用整流器，可以应用于许多电路中。
  (2)由于其高频性能良好，在所有的整流器中肖特基势垒是在微波混频器和检波器方面使用最广泛的二极管。
  (3)由于正偏置下其损耗低(低压降)，故它被极其广泛地应用于电力电子设备中。特别是它可应用于低压、大电流电源中。
  (4)由于I-V特性的非线性，故它可用作变阻器。
  (5)基于反偏置下其耗尽层电容是可变的，它可用作变容二极管。
  (6)它是许多其他器件的基本结构单元，如太阳能电池、光电探测器、金属基极晶体管、MOSFET等。
  (7)肖特基结的特殊形式是欧姆接触，各种半导体器件与其他器件或外界连接都需要欧姆接触。
  (8)在箝位双极型晶体管中，肖特基二极管连接在基极和集电极之间，如图2所示。当晶体管工作在饱和状态时，基极-集电极结处于正偏置。当肖特基势垒二极管并联时，大部分电流通过肖特基器件同时，在基极-集电极p-n结中少数载流子存储消除。结果双极型晶体管的关断时间被大大缩短。
  (9)在集成注入逻辑电路和晶体管-晶体管逻辑电路中，也把它用作箝位二极管。
  (10)由于采用低温工艺，故肖特基势垒被用作表征半导体材料特性，特别是表面特性的工具。


上一篇：肖特基二极管的优点及应用
下一篇：碳化硅肖特基二极管在PFC电路中的应用