3.4.4. Ток неосновных носителей в диоде Шоттки

При использовании дискретного диода Шоттки в СВЧ диапазоне необходимо выдержать при его изготовлении некоторые условия, которые предотвратят инжекции неосновных носителей в высокоомную область контакта (т.е. дырок в полупроводник). Для этого необходимо, чтобы разность работ выхода из полупроводника и металла не приводила к образованию слоя с инверсным типом электропроводности (слой полупроводника р-типа). В противном случае из приконтактного слоя р-типа инжектировались бы дырки в n-полупроводнике На контакте р_n можно записать как (рисунок 3.27, а)

(3.31)

Высоту барьера Шоттки можно записать как

= (3.32)

В собственном полупроводнике

(3.33)

Экспонируя (3.33), имеем

или (3.34)

Чтобы не образовывался на контакте со стороны n-полупроводника инверсный р-слой необходимо, чтобы высота барьера Шоттки была меньше энергии середины запрещенной зоны.

Следовательно, из (3.32)

(3.35)

Известно [3], что

или

(3.36)

Поставляя (3.36) в (3.35), получим

(3.37)

Из (3.37) видно, что отсутствие инверсного р-слоя обеспечивается небольшой концентрацией донорной примеси в полупроводнике.

Считая, что через диод Шоттки протекает, в основном, электронный ток, коэффициент инжекции запишем, как

(3.38)

где Определим величину

(3.39)

Выразим напряженность поля как

(3.40)

Определяем , подставляя (3.40) в (3.39) и, зная что

(3.41)

Выражении (3.41) можно переписать, считая, что

(3.42)

(3.43)

Из (3.43) и (3.38) видно, что для увеличения коэффициента инжекции нужно увеличить концентрацию донорной примесиN_d в полупроводнике. Но сильно легировать полупроводник нельзя по двум причинам:

- большая концентрация донорной примеси N_d может привести к образованию инверсного слоя (р-слоя) у контакта со стороны n-полупроводника;

- при большой концентрации донорной примеси может возникнуть ситуация, когда из-за туннельного тонкого барьера будет протекать значительный туннельный ток при обратном включении диода.

3.4.5. Частотные ограничения диода Шоттки

Эффективное время пролета неосновных носителей в n-полупроводнике диода Шоттки , где– толщинаn-области (рисунок 3.24).

Рисунок 3.24 - Физическая эквивалентная схема диода Шоттки

1 – металлизация ; 2 – металл контакта Шоттки; 3 – SiO₂;

Со– паразитная емкость;R_Б– сопротивление базы диода

Так как обычно , то.

Или: (3.44)

так как .

Из выражения (3.44) видно, что небольшую величину можно получить при сильном легировании полупроводника, но отрицательные последствия этого мы уже обсудили.

При прямом смещении электроны из полупроводника в металл попадают «горячими», поэтому релаксируют. Остывая, они проходят в металле путь длиной 10^-5см...10^-6см. Учитывая, что скорость насыщения см/с, получим время «остывания»t=10^-13...10^-12с.

Горячие электроны, попадающие при обратном смещении диода из металла в полупроводник, остывая, проходят путь 10^-4см...10^-5см, что соответствует времени остывания t=10^-12...10^-11с. Таким образом, при обратном смещении частотные свойства диода Шоттки ухудшаются.

Однако основное время задержки сигнала в диоде Шоттки связано с перезарядом барьерной емкости выпрямляющего контакта

_бар.^. R_Б.