肖特基势垒二极管(SBD)的工作原理

  如前所述，SBD属于无额外载流子参与电流输运的单极器件，所有跟额外载流子的注入、存储、抽取和复合等过程相关的器件问题，都不存在于这种器件的开通与关断过程之中，其开关过程的时间常数只受金属-半导体接触处空间电荷区充放电时间常数的限制，而这个时间常数大约是10^-13s量级，因而在高频应用中极具优势。
  功率SBD通常用功函数较大的金属与轻掺杂n-外延层直接接触而成，为保持低功耗须使用重掺杂的n⁺衬底。n^-外延层是该器件的漂移区，其长度及其材料的电阻率既决定着SBD通态比电阻的大小（类似于功率MOS的漂移区），也决定着SBD的反向阻断特性。由于高压设计需要提高材料的电阻率并增加漂移区的长度，使其比电阻R_d0增大，这不但会使正向压降升高，也会因RC时间常数正比于R_d0^1/2而使开关特性变坏。因此其正向压降低、工作频率高的优势只存在于低压器件中。不过，即便是低压SBD，由于正向导通时缺乏额外载流子的电导调制，电流密度增高时，其正向压降会迅速升高，如图1所示。图中两条实线所代表的功率SBD和pin二极管具有相同击穿电压。
  由于n⁺衬底电阻率很低，SBD的正向压降主要降落在漂移区和金属-半导体接触上。在漂移区比电阻R_d0因反向阻断电压的限制而不能减小时，降低金属-半导体接触的势垒高度也有可能使正向压降降低。但是，降低势垒也必然会导致反向漏电流增大。因此对功率SBD需要在其正向压降和反向漏电流之间进行折中设计，以实现其综合性能的优化。图2是针对低反压硅SBD的这种关系按不同环境温度计算出来的曲线。这些曲线对功率SBD的设计和优选使用都有参考价值。

  正向压降U_F和反向漏电流密度J_R的优化直接关系到功率SBD的最高工作温度。若忽略开关损耗，功率SBD的总功耗可表示为 式中J_F、U_R——正向电流密度和反向阻断电压；
                δ——功率脉冲的占空比。
  利用该式可针对不同势垒高度的功率SBD计算其功耗最低时的温度，即最高工作温度。图3是针对势垒高度分别为0.6、0.7、0.8、0.9eV的四种情况计算出来的硅SBD功耗随温度变化的曲线，计算时取J_F=100A/cm²，U_R=20V，δ=0.5。图中可见，随着肖特基势垒高度的降低，功耗会有一些减小，但最高工作温度更会明显降低。
  以上分析说明，SBD从原理上有相对于pn结二极管的特性优势，也有明显的不足。因此有必要对SBD的结构做必要的改造。于是就产生了与pn结相结合的两种复合结构型肖特基势垒器件JBS和MPS，以及与MOS结构相结合的复合结构型器件TMBS。


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