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早在20世纪40年代，人们就开始利用金属-半导体接触的单向导电性，当时将金属丝与氧化亚铜晶体接触做成点接触型二极管，将这种最简单的半导体器件用于检波。利用薄膜淀积技术可在半导体表面形成大面积的金属-半导体整流接触，做成面接触型的金属-半导体二极管，习惯上称之为肖特基势垒二极管，简称为肖特基二极管。目前，功率肖特基势垒二极管主要用铬、铂、钨、铝等金属与N型低阻硅制成，一个典型的肖特基二极管的结构如图1所示。

这里需要对阴极金属与重掺杂的N+层之间的接触进行说明。首先肯定是该接触为欧姆接触，与阳极的金属-半导体的整流接触不同。欧姆接触不仅仅看金属和半导体的功函数之差。更广义的所谓欧姆接触，是指接触电阻很小且不随外加电压的变化而改变其阻值的线性接触。在图1中，阴极使用的是高掺杂接触来做欧姆接触。在半导体表面与金属接触处，如果先用扩散或合金等方法，掺入高浓度的施主或受主杂质，构成金属-N+-N或金属-P+-P结构，就形成了高掺杂接触。在本图中，流过金属-N+N接触的电流主要是电子电流，空穴电流很小，因此对高掺杂接触来说，非平衡载流子的注入是可以忽略的。在高掺杂接触处也存在着势垒，但只要高掺杂的N+(或P+)层杂质浓度足够高，其势垒宽度也将很薄，势垒越薄就越容易发生电子隧道穿透。因此，当势垒减薄到一定程度以后，就不再能够阻挡电子的运动，从而使高掺杂接触的反向阻抗减小。由于高掺杂接触在工艺上易于实现，效果又好，因此大部分半导体器件的欧姆接触都采用这种方法。

为分析方便，忽略N+层与金属的欧姆连接，将N和N+层看成一个层，则肖特基二极管的简化结构如图2所示，其中M代表金属，将其画成一个区来与半导体接触，以示区分。按照二极管的端子名称，A表示阳极，K表示阴极，图中也给出与外围电路的连接情况。则零偏置情况下的势垒情况如图3所示。

在肖特基二极管两端加偏置电压，可以认为所有电压都加在势垒接触两端，即忽略半导体中性区和欧姆接触的压降。与PN结的偏置状态类似，偏置电压主要加在空间电荷区。当外加电压产生的电场与空间电荷区内自建电场的方向相反时，空间电荷区减薄，势垒降低，称此偏置状态为正偏置。N型半导体的肖特基势垒接触在金属接正、半导体接负时为正偏置；P型半导体的肖特基势垒接触则在金属接负、半导体接正时为正偏置。反之，为反偏置。反偏置时，空间电荷区的宽度及其势垒高度随着外加电压的变化而变化。由于大多数半导体都是电子迁移率高于空穴迁移率，实际应用中，大多采用N型半导体与功函数较大的金属形成肖特基势垒接触。

图3给出了金属-N型半导体肖特基势垒接触（即图2所示的肖特基二极管）的这三种偏置状态。

从图2中可以看出，随着偏置状态的改变，电子在半导体一侧的势垒高度和宽度会发生相应的变化，而电子在金属一侧的势垒高度qΦM则由于外加电压对金属无任何影响而始终不变。因此，当正偏压UF使半导体一侧的电子势垒由qUD降低为q(UD-UF)时，从半导体流向金属的电子数大大超过从金属流向半导体的电子数，形成从金属到半导体的正向净电流。与PN结不同，该电流是由N型半导体的多数载流子构成的。外加正电压越高，势垒下降越多，正向电流越大。

对反偏置状态，半导体一侧的电子势垒增高为q(UD+UR)，从半导体流向金属的电子数大幅度减少，而金属一侧的电子势垒高度未变，从金属流向半导体的电子流占相对优势，两者相互抵消，形成由半导体流向金属的反向电流。但是，金属中的电子要越过相当高的势垒qΦM才能进入半导体中，因此反向电流很小。由于金属一侧的电子势垒不随外加电压变化，从金属流向半导体的电子流的流密度也不会变化。当反向电压提高到可使从半导体流向金属的电子流忽略不计时，反向电流即趋于饱和。在偏置的条件下，半导体与金属处于非平衡状态，两者没有统一的费米能级。半导体空间电荷区外的中性区的费米能级和金属费米能级之差，即等于外加电压引起的静电势能之差。

以上定性地说明了肖特基二极管具有类似于PN结二极管的单向导电性。肖特基二极管的伏安特性具有与PN结二极管类似的形式，即

式中q——电子电量；

U——外加偏置电压，正、反偏置跟PN结二极管分析时一样采用方向上的统一；

k——玻耳兹曼常数；

J0——饱和电流密度。

对于肖特基二极管来说，J0的含义与PN结二极管的不同，可以根据扩散理论或者热电子发射理论给出不同的表达式，在此不展开。

可见，肖特基二极管和PN结二极管具有类似的伏安关系。图4给出了肖特基二极管与PN结二极管伏安特性曲线对比的示意图。

两者曲线很相似，但肖特基二极管与PN结二极管的导电行为有一些明显的不同。

首先，就载流子的运动形式而言，PN结正向导通时，由P区注入N区的空穴或由N区注入P区的电子，都是少子（所以也叫少子注入），它们先形成一定的积累，然后靠扩散运动形成电流，少子的积累使开关速度受到极大的限制；而肖特基势垒二极管的电流主要是由半导体中的多子形成，是多子器件，不存在少子的积累，开关速度不受积累的影响。因此，肖特基二极管比PN结二极管具有更好的高频特性。

其次，对于相同的势垒高度，肖特基二极管的饱和电流要比PN结二极管的饱和电流大得多。换言之，对于同样大小的电流，肖特基二极管将有较低的正向导通电压，但是在肖特基二极管中不存在少子的积累，没有因此而产生的电导调制效应，所以正向通态特性不像PN结二极管那样硬。

再次，PN结二极管的反向漏电流是由空间电荷区电场抽取少子形成的，其大小对温度十分敏感；而肖特基二极管的反向漏电流是从金属向硅发射的电子流，由于金属中电子的密度对温度不敏感，势垒qΦM对温度的依赖性也不大，因而其值受温度变化的影响不大，但是肖特基势垒中的空间电荷区相比于PN结的要窄，在反向偏置电压的作用下，载流子的隧穿产生的电流对反向电流也有贡献，使得肖特基二极管的反向电流特性偏软。

在图4中，与PN结二极管相比，肖特基二极管的正向特性不够“硬”，压降较低，而反向漏电流一般较高。如果半导体采用硅材料，而采用不同的金属材料时，正向压降和反向漏电流的情况有所不同，但是这两个重要的特性参数很难兼顾，即正向压降小，反向漏电流大；反向漏电流小，而正向压降大。

最后，再来关注肖特基二极管的反向恢复特性。硅肖特基二极管的反向恢复特性极为优越，反向恢复又快又软，这跟它没有少子积累是分不开的，但具有这样好的反向恢复特性的二极管却很难在大容量电力电子变换器中得到应用，主要是其电压等级比较低。而采用碳化硅等宽禁带半导体材料制作肖特基二极管可以使情况得到改善。碳化硅肖特基二极管与快恢复二极管相比，开关速度更快，特性更软，图5给出600V等级的硅快恢复二极管和碳化硅肖特基二极管的反向恢复过程对比。