2.2.10. Диоды с барьером Шоттки

Диоды с барьером Шоттки (диоды Шоттки, ДШ)– полупроводниковые приборы, в которых вместо p-n-перехода используется контакт металла с полупроводником n-типа.

УГО, строение и ВАХ диода Шоттки показаны на рис. 2.18.

Конструктивно они выполняются (рис. 2.18, б) в виде пластины низкоомного кремния (n⁺-база), на которую нанесена высокоомная эпитаксиальная пленка с электропроводностью того n-типа. На поверхность пленки нанесено металлическое покрытие из пленок золота (толщиной 0,01 мкм). В других частях поверхность защищена слоем окисла SiO₂. Подобные структуры создаются с помощью метода фотолитографии [3], [4], [5].

В отличие от структуры, представленной на рис. 2.4, б, ДШ характеризуются тем, что в них, с одной стороны, отсутствуют области p и p⁺-типов, с другой – присутствует контакт металл- полупроводник. В связи с этим, область объемного заряда, характерная для диодов, в ДШ возникает из-за различия в работе выхода электронов из металла и полупроводника.

Поскольку концентрация носителей заряда в металле (10²⁸ м^3) больше, чем в полупроводнике (n_n << 10²⁸ м^3), то согласно (2.1), (2.2) область объемного заряда на границе металл-полупроводник (барьер Шоттки) и электрическое поле, возникающее в переходе, практически полностью локализованы в слое полупроводника n-типа (рис. 2.18, б).

а) б) в)

Рис.2.18. УГО диода с барьером Шоттки

ДШ характеризуются быстрой рекомбинацией инжектированных носителей (время жизни носителей  крайне мало), а значит и высоким быстродействием. Благодаря минимальному сопротивлению базы и отсутствию процессов накопления и рассасывания избыточных зарядов, быстродействие получается достаточно высоким: граничная частота f_гр = 10¹⁰ Гц.

Вольтамперная характеристика диода Шоттки идентична ВАХ выпрямительного диода (рис. 2.18, в). Отличие заключается в том, что прямая ветвь диода Шоттки близка к идеальной экспоненциальной кривой, а обратные токи достаточно малы (доли – десятки нА).

В целом, диоды с барьером Шоттки выгодно отличаются от диодов с p-n-переходом по следующим параметрам:

 более низкое прямое падение напряжения U_a – по сравнению с диодами с p-n-переходом величина U_a меньше на 0,2 – 0,3 В;

 малый обратный ток;

 почти полностью отсутствует заряд обратного восстановления (рис. 2.9), поэтому они отличаются более высоким быстродействием;

 максимальное обратное напряжение U_{обр max} диодов Шоттки составляет около 150 В.

Малая величина U_a и малое время восстановления обратного сопротивления обусловливают область применения ДШ – низковольтные высокочастотные выпрямители, в которых происходит выпрямления малых напряжений высокой частоты. В среднем применение диодов Шоттки в выпрямителе позволяет снизить потери мощности примерно на 10…15 %.

В ДШ-диодах, в которых значение обратного напряжения U_{обр max} понижено до 15 В, величина прямого напряжения U_a также снижается до 0,3 – 0,4 В.

Структуры на основе диодов Шоттки широко используются в качестве специальных диодов (детекторных, лавинно-пролетных, параметрических, смесительных и умножительных) [21], [22], фото- и светодиодов, транзисторов с барьером Шоттки, в том числе в структурах интегральных микросхем.

Диоды Шоттки имеют обозначение идентичное выпрямительным диодам, например, 2Д921, 2Д924, 2Д925, КД922, КД923, 3А529, 3А530 и т.п.