大学模电里面没有肖特基二极管的内容,然而在实际工作中,肖特基二极管甚至比普通二极管用得还要多。
与此同时,肖特基二极管和PN结二极管的工作原理是完全不同的。
这节就来简单说一说我对肖特基二极管工作原理的理解。
肖特基二极管的工作原理
肖特基二极管,本质上就是金属和半导体材料接触的时候,在界面半导体处的能带弯曲,形成了肖特基势垒。
这个定义比较官方,估计看一眼就忘记了。
那么如何通俗理解呢?
其实就是金属和半导体接触的时候,电子会从半导体跑到金属里面去。半导体失去电子,就会带正电,形成空间电荷区(不可移动的正离子构成),这个空间电荷区,会阻止半导体的电子继续向金属移动,也就是说形成了肖特基势垒。
当在这个势垒上面加上正向电压(金属电压>半导体电压),那么半导体和金属之间的势垒就降低了。如此一来呢,电子就会从半导体流向金属,从而形成正向电流。
反之,当加上反向电压,势垒被加大,电流基本为0,也就是说反偏截止了。
这,就是肖特基二极管的工作原理。
估计会有疑问:扩散不是从浓度高向浓度低的方向扩散?怎么会是金属失去电子呢?金属的自由电子那么多,搞错了?
错当然是没错,这个时候是不能用扩散来解释的。
那怎么解释呢?
这么理解吧,一个金属块,里面有很多自由电子,我们称它们“自由”,说的是它们在这个金属块里面可以自由的移动,只有加一点点电压,电子就能在金属块内运动。
但是如果想让它们脱离金属,飞到真空中去,这个应该是挺难的吧。难归难,就有一个参数衡量到底有多难,那就是功函数。
功函数也叫逸出功,就是把电子从固体内部弄到外部去,所需的最少的能量。
事实表明,这个能量,金属要比半导体(半导体称为电子亲合能)要大。所以,电子更难脱离金属,而半导体相对容易一点。
因此,金属与半导体搞到一起的时候,是金属得到电子。
估计又有人说:话都让你说了,PN结用浓度差扩散理论。
现在肖特基结,你又搞出个逸出功,得出另外一个结论,你长得帅,说什么都对?
虽然我长得不帅,但事实就是如此。
P型半导体,N型半导体,里面其实绝大多数都是硅原子,只是掺杂了少许杂质,它们的主要特性没有变化,就是硅晶体。因此,可以看作是同一种材料。
而金属和半导体,它们完全是两种材料,得失电子就要考虑逸出功。
其实,P型半导体和N型半导体,我们也是可以考虑逸出功的。只不过它们可以看作是一种材料,逸出功是一样的,也就是没有影响,所以一般也就不提了,主要考虑扩散作用了。
问题又来了:你说金属与半导体接触会形成肖特基二极管,那我们实际用的PN结二极管,焊接的两个管脚是金属导体吧,而里面又是半导体。
所以肯定有金属和半导体接触吧,怎么没听说形成了肖特基二极管?
这里呢,需要说明一下,金属与半导体相接触,并不是一定会形成二极管。在N型半导体掺杂很高的时候,形成的势垒会非常的薄,这时的电子呢,可以通过隧道效应直接就穿过这个薄的势垒了。这时候,这个势垒就相当于是一个低阻值的电阻了,没有二极管的整流特性。这种接触称为欧姆接触。
而掺杂低的时候,形成的势垒相对较宽,电子就不能因为隧道效应越过势垒区了,这时候会形成二极管,这种金属-半导体接触就叫肖特基接触。
肖特基二极管为什么速度快
都知道肖特基二极管比普通的二极管的速度更快,那为什么呢?
通过我们前面的文章知道,普通二极管的速度慢,其原因就是因为有反向恢复时间,而反向恢复时间是因为少数载流子的存储作用导致的。
不清楚的话,可以点下面的链接再看看。
肖特基二极管的反向恢复时间为什么短null/z/q658478142.htm
注意:反向恢复时间限制了二极管的开关速度。
(1)如果脉冲持续时间比二极管反向恢复时间长得多,这时负脉冲能使二极管彻底关断,起到良好的开关作用;
(2) 如果脉冲持续时间和二极管的反向恢复时间差不多甚至更短的话,这时由于反向恢复过程的影响,负脉冲不能使二极管关断。
所以要保持良好的开关作用,脉冲持续时间不能太短,也就意味着脉冲的重复频率不能太高,这就限制了开关的速度。
肖特基二极管的优点:①反向恢复时间Trr小
②开启电压低,导通压降小
肖特基二极管的缺点:①反向击穿电压低
②反向漏电流大
肖特基二极管适用于:高频,低压,大电流电路
结尾
本文说了下我个人对肖特基二极管原理的理解,希望对同学们有所帮助。
若有错漏的地方,请在留言区指出,一起进步。