什么是肖特基勢壘?
肖特基勢壘是指具有整流特性的金屬-半導體接觸,就如同二極管具有整流特性。是金屬-半導體邊界上形成的具有整流作用的區域。
金屬與n型半導體形成的肖特基勢壘如圖1所示。金屬—半導體作為一個整體在熱平衡時有同樣費米能級。肖特基勢壘相較于PN接面最大的區別在于具有較低的接面電壓,以及在金屬端具有相當薄的(幾乎不存在)空乏區寬度。由半導體到金屬,電子需要克服勢壘;而由金屬向半導體,電子受勢壘阻擋。在加正向偏置時半導體一側的勢壘下降;相反,在加反向偏置時,半導體一側勢壘增高。使得金屬-半導體接觸具有整流作用(但不是一切金屬—半導體接觸均如此。如果對于P型半導體,金屬的功函數大于半導體的功函數,對于N型半導體,金屬的功函數小于半導體的功函數,以及半導體雜質濃度不小于10^19/立方厘米數量級時會出現歐姆接觸,它會因雜質濃度高而發生隧道效應,以致勢壘不起整流作用。并非所有的金屬-半導體接面都是具有整流特性的,不具有整流特性的金屬-半導體接面則稱為歐姆接觸。整流屬性決定于金屬的功函、固有半導體的能隙,以及半導體的摻雜類型及濃度。在設計半導體器件時需要對肖特基效應相當熟悉,以確保不會在需要歐姆接觸的地方意外地產生肖特基勢壘。當半導體均勻摻雜時肖特基勢壘的空間電荷層寬度和單邊突變P-N結的耗盡層寬度相一致。
圖1 金屬與n型半導體形成的肖特基勢壘
肖特基勢壘的應用
由于肖特基勢壘具有較低的界面電壓,可被應用在某器件需要近似于一個理想二極管的地方。在電路設計中,它們也同時與一般的二極管及晶體管一起使用, 其主要的功能是利用其較低的接面電壓來保護電路上的其它器件。
肖特基勢壘高度為什么會低于PN結勢壘高度?
肖特基二極管是以金屬為正極,N型半導體為負極,利用二者接觸面上形成的勢壘,從而具有整流特性的金屬-半導體器件。因此它不是P-N結,而是金屬-N 結。由于金屬導體內部有大量的導電電子,使得金屬的費米能級低于半導體的費米能級,所以當金屬與半導體接觸時,形成的勢壘高度低于PN結勢壘高度,勢壘高度低的外在表現為正向導通壓降小,因而損耗小。