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肖特基二極管和PN結(jié)二極管的工作原理

2021-05-12

大學(xué)模電里面沒有肖特基二極管的內(nèi)容,然而在實(shí)際工作中,肖特基二極管甚至比普通二極管用得還要多。與此同時(shí),肖特基二極管和PN結(jié)二極管的工作原理是完全不同的。這節(jié)就來簡(jiǎn)單說一說我對(duì)肖特基二極管工作原理的理解。

肖特基二極管的工作原理:肖特基二極管,本質(zhì)上就是金屬和半導(dǎo)體材料接觸的時(shí)候,在界面半導(dǎo)體處的能帶彎曲,形成了肖特基勢(shì)壘。

這個(gè)定義比較官方,估計(jì)看一眼就忘記了。

那么如何通俗理解呢?

其實(shí)就是金屬和半導(dǎo)體接觸的時(shí)候,電子會(huì)從半導(dǎo)體跑到金屬里面去。半導(dǎo)體失去電子,就會(huì)帶正電,形成空間電荷區(qū)(不可移動(dòng)的正離子構(gòu)成),這個(gè)空間電荷區(qū),會(huì)阻止半導(dǎo)體的電子繼續(xù)向金屬移動(dòng),也就是說形成了肖特基勢(shì)壘。

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當(dāng)在這個(gè)勢(shì)壘上面加上正向電壓(金屬電壓>半導(dǎo)體電壓),那么半導(dǎo)體和金屬之間的勢(shì)壘就降低了。如此一來呢,電子就會(huì)從半導(dǎo)體流向金屬,從而形成正向電流。

反之,當(dāng)加上反向電壓,勢(shì)壘被加大,電流基本為0,也就是說反偏截止了。

這,就是肖特基二極管的工作原理。

估計(jì)會(huì)有疑問:擴(kuò)散不是從濃度高向濃度低的方向擴(kuò)散?怎么會(huì)是金屬失去電子呢?金屬的自由電子那么多,搞錯(cuò)了?

錯(cuò)當(dāng)然是沒錯(cuò),這個(gè)時(shí)候是不能用擴(kuò)散來解釋的。

那怎么解釋呢?

這么理解吧,一個(gè)金屬塊,里面有很多自由電子,我們稱它們“自由”,說的是它們?cè)谶@個(gè)金屬塊里面可以自由的移動(dòng),只有加一點(diǎn)點(diǎn)電壓,電子就能在金屬塊內(nèi)運(yùn)動(dòng)。

但是如果想讓它們脫離金屬,飛到真空中去,這個(gè)應(yīng)該是挺難的吧。難歸難,就有一個(gè)參數(shù)衡量到底有多難,那就是功函數(shù)。

功函數(shù)也叫逸出功,就是把電子從固體內(nèi)部弄到外部去,所需的最少的能量。

事實(shí)表明,這個(gè)能量,金屬要比半導(dǎo)體(半導(dǎo)體稱為電子親合能)要大。所以,電子更難脫離金屬,而半導(dǎo)體相對(duì)容易一點(diǎn)。

因此,金屬與半導(dǎo)體搞到一起的時(shí)候,是金屬得到電子。

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P型半導(dǎo)體,N型半導(dǎo)體,里面其實(shí)絕大多數(shù)都是硅原子,只是摻雜了少許雜質(zhì),它們的主要特性沒有變化,就是硅晶體。

因此,可以看作是同一種材料。

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而金屬和半導(dǎo)體,它們完全是兩種材料,得失電子就要考慮逸出功。

其實(shí),P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體,我們也是可以考慮逸出功的。只不過它們可以看作是一種材料,逸出功是一樣的,也就是沒有影響,所以一般也就不提了,主要考慮擴(kuò)散作用了。

問題又來了:你說金屬與半導(dǎo)體接觸會(huì)形成肖特基二極管,那我們實(shí)際用的PN結(jié)二極管,焊接的兩個(gè)管腳是金屬導(dǎo)體吧,而里面又是半導(dǎo)體。

所以肯定有金屬和半導(dǎo)體接觸吧,怎么沒聽說形成了肖特基二極管?

這里呢,需要說明一下,金屬與半導(dǎo)體相接觸,并不是一定會(huì)形成二極管。

在N型半導(dǎo)體摻雜很高的時(shí)候,形成的勢(shì)壘會(huì)非常的薄,這時(shí)的電子呢,可以通過隧道效應(yīng)直接就穿過這個(gè)薄的勢(shì)壘了。

這時(shí)候,這個(gè)勢(shì)壘就相當(dāng)于是一個(gè)低阻值的電阻了,沒有二極管的整流特性。這種接觸稱為歐姆接觸。

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而摻雜低的時(shí)候,形成的勢(shì)壘相對(duì)較寬,電子就不能因?yàn)樗淼佬?yīng)越過勢(shì)壘區(qū)了,這時(shí)候會(huì)形成二極管,這種金屬-半導(dǎo)體接觸就叫肖特基接觸。

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肖特基二極管為什么速度快

都知道肖特基二極管比普通的二極管的速度更快,那為什么呢?

通過我們前面的文章知道,普通二極管的速度慢,其原因就是因?yàn)橛蟹聪蚧謴?fù)時(shí)間,而反向恢復(fù)時(shí)間是因?yàn)樯贁?shù)載流子的存儲(chǔ)作用導(dǎo)致的。

而從肖特基二極管的工作原理可以看出,它只有一種載流子,那就是電子,也是多子。

所以就不存在反向恢復(fù)時(shí)間了,或者說反向恢復(fù)時(shí)間很短吧。


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