Діод Шотки- Це напівпровідниковий діод, випрямні властивості якого засновані навикористанні випрямляючих електричного переходу між металом і напівпровідником
Для багатьохвидів діодів (таких як випрямні площинні низькочастотні діоди,імпульсні діоди і т.д.), основним фізичним процесом, що обмежуєдіапазон робочих частот, опинявся процес накопичення і розсмоктуваннянеосновних носіїв заряду в базі діода. Інший фізичний процес - перезарядбар'єрної ємності випрямляючих електричного переходу - мав у розглянутихдіодах другорядне значення і позначався на їх частотних властивостях тількиза певних умов. Тому були висунуті вимоги до конструкції татехнології виготовлення діодів, виконання яких забезпечувало б прискореннярозсмоктування накопичених в базі за час дії прямого напруги неосновнихносіїв заряду. Зрозуміло, що якщо виключити інжекція неосновних носіївзаряду при роботі діода, то не було б накопичення цих неосновних носіїв вбазі і відповідно щодо повільного процесу їх розсмоктування. Тутможна перерахувати кілька можливостей практично повного усуненняінжекції неосновних носіїв заряду при збереженні випрямних властивостейнапівпровідникових діодів.
1.Використання вЯк випрямляючих електричного переходу (гетероперехода), тобтоелектричного переходу, утвореного в результаті контакту напівпровідників зрізною шириною забороненої зони. Інжекція неосновних носіїв при прямомувключенні буде відсутній при виконанні ряду умов і, зокрема, приоднаковому типі електропровідності напівпровідників, що утворюють гетероперехід.Цей спосіб усунення інжекції неосновних носіїв заряду поки не знайшов широкогозастосування в промисловому виробництві монокристалічних напівпровідниковихдіодів через технологічні труднощі.
2.Використання длявипрямлення ефекту тунелювання.
3.Інвертування діодів,тобто використання для випрямлення тільки зворотної гілки ВАХ разом з ділянкою,відповідним лавинний пробій. Цей спосіб не знайшов застосування черезнеобхідності мати для кожного діода своє нап
руга зсуву, майже рівненапрузі пробою. Крім того, в початковій стадії лавинного пробою в діоді виникаютьшуми.
4.Використаннявипрямляючих переходу Шотки, тобто випрямляючих електричного переходу,утвореного в результаті контакту між металом і напівпровідником. На такомупереході висота потенційного бар'єра для електронів і дірок може істотновідрізнятися. Тому при включенні випрямляючих переходу Шотки в прямомунапрямку прямий струм виникає завдяки руху основних носіїв зарядунапівпровідника в метал, а носії іншого знака (неосновні длянапівпровідника) практично не можуть перейти з металу в напівпровідник черезвисокого для них потенційного бар'єру на переході.
Такимчином, на основі випрямляючих переходу Шотки можуть бути створенівипрямні, імпульсні та надвисокочастотні напівпровідникові діоди,відрізняються від діодів з p - n - переходом кращими частотними властивостями.
Випрямнідіоди Шотки
Начастотні властивості діодів Шотки основний вплив має надавати часперезарядки бар'єрної ємності переходу. Постійна часу перезарядки залежитьі від опору бази діода. Тому випрямляючий перехідШотки доцільніше створювати на кристалі напівпровідника зелектропровідністю n -типу -рухливість електронів більше рухливості дірок. З тієї ж причини повинна бутивеликий і концентрація домішок в кристалі напівпровідника.
Однактовщина потенційного бар'єру Шотки, що виникає в напівпровіднику поблизумежі розділу з металом, повинна бути досить великою. Тільки при великійтовщині потенційного бар'єру (переходу Шотки) можна буде, по-перше,усунути ймовірність тунелювання носіїв заряду крізь потенційнийбар'єр, по-друге, отримати достатні значенні пробивної напруги і,по-третє, отримати менші значення питомої (на одиницю площі) бар'єрноїємності переходу. А товщина переходу або потенційного бар'єру залежить відконцентрації домішок у напівпровіднику: чим більше концентрація домішок, тимтонше перехід. Звідси випливає протилежне вимога меншій концентрації домішок у напівпровіднику.
Облік цихсуперечливих вимог до концентрації домішок у вихідному напівпровідникупризводить до необхідності створення двошарової бази діода Шотки (рис. 1).Основна частина кристала - підкладка завтовшки близько 0,2 мм - міститьбільшу концентрацію домішок і має мале питомий опір. Тонкиймонокристалічний шар того ж самого напівпровідника (товщиною в кількамікрометрів) з тією ж електропровідністю n -типу може бути отриманий на поверхні підкладки методомепітаксійного нарощування. Концентрація донорів в епітаксиальні шарі повиннабути значно менше, ніж концентрація донорів в підкладці.
Рис. 1.Варіанти структур діодів Шотки з двошаровою базою
В якостівихідного напівпровідникового матеріалу для випрямних діодів Шотки можнавикористовувати кремній або арсенід галію. Однак в епітаксійних шарах арсенідугалію не вдається поки досягнути малій концентрації дефектів і досить низькоюконцентрації донорів. Тому пробивна напруга діодів Шотки на основіарсеніду галію виявляється низьким, що є істотним недоліком длявипрямних діодів.
Металевийелектрод на епітаксиальний шар напівпровідника зазвичай наносять методом випаровуванняу вакуумі з подальшим осадженням на поверхню епітаксійного шару. Переднанесенням металевого електрода доцільно методами фотолітографіїстворити вікна в оксидному шарі на поверхні напівпровідника. Так легше отримативипрямляючий перехід Шотки необхідної площі і конфігурації.
Випрямнінизькочастотні діоди переважніше виготовляти з p - n - переходом. Випрямні діоди Шотки вобласті низьких частот можуть в перспективі мати перевагу перед діодами з p - n - переходом,пов'язане з простотою виготовлення.
Найбільшіпереваги перед діодами з p - n -переходом діоди Шотки повинні мати привипрямленні великих струмів високої частоти. Тут крім кращих частотних властивостейдіодів Шотки слід відзначити такі їх особливості: менша пряму напругучерез меншої висоти потенційного бар'єру для основних носіїв зарядунапівпровідника; велика максимально допустима густина прямого струму, щопов'язано, по-перше, з меншим прямим напругою і, по-друге, з хорошим теплоотводомвід випрямляючих переходу Шотки. Дійсно, металевий шар, що знаходитьсяз одного боку переходу Шотки, по своїй теплопровідності перевершує будьсільнолегірованний шар напівпровідника. З цих же причин випрямнідіоди Шотки повинні витримувати значно більші перевантаження по струму попорівнянні з аналогічними діодами з p - n -переходом на основі того ж самогонапівпровідникового матеріалу.
Ще однаособливість діодів Шотки полягає в ідеальності прямої гілки ВАХ - прямагілка ВАХ відповідає виразу:. При цьому із зміною прямогоструму в межах декількох порядків залежність близька до лінійної, або впоказнику експоненти при зміні струму не з'являється додатковихмножників. Враховуючи цю особливість, діоди Шотки можна використовувати в якостішвидкодіючих логарифмічних елементів.
На рис. 2показані ВАХ кремнієвого діода Шотки 2Д219, розрахованого на максимальнодопустимий прямий струм 10 А. Пряме напруга на діоді при максимальнодопустимому прямому струмі не більше 0,6 В, максимально допустимий зворотненапруга для діода 2Д219Б 20 В. Ці діоди допускають проходженняімпульсів струму тривалістю до 10 мс із періодом повторення не менше 10 хвз амплітудою, в 25 разів перевищує максимально допустимий прямий струм. Діодирозраховані на частоту випрямляється струму 0,2 МГц.
діод пристрій напівпровідник Шотки
Рис. 2.ВАХ кремнієвого діода Шотки 2Д219 при різних температурах
Імпульснідіоди Шотки
Вихіднимнапівпровідниковим матеріалом для цих діодів може бути, так само як і длявипрямних діодів Шотки, кремній або арсенід галію. Але перевага тутповинна бути віддана арсенід галію, так як в цьому матеріалі час життянеосновних носіїв заряду може бути менш с. Незважаючи на практичневідсутність інжекції неосновних носіїв заряду через перехід Шотки при йоговключенні в прямому напрямі (що вже було зазначено раніше), при великихпрямих напругах і плотностях прямого струму існує, звичайно, деякаскладова прямого струму, пов'язана з інжекцією неосновних носіїв заряду внапівпровідник. Тому вимога малості часу життя неосновних носіїв ввихідному напівпровідниковому матеріалі залишається і для імпульсних діодів Шотки.
Арсенідгалію поки не вдається отримати з малою концентрацією дефектів, в результатічого арсенід-галієвих діоди мають відносно малі значення пробивнихнапруг, далекі від теоретично можливих. Це є суттєвимнедоліком для випрямних діодів, але не настільки важливо для імпульсних діодів,так як більша частина імпульсних схем - це низьковольтні схеми.
Випускаютьсяпромисловістю арсенід-галієвих імпульсні діоди Шотки (3А527А, 3А530Б та ін)призначені для використання в імпульсних схемах піко-і наносекундногодіапазону. На відміну від випрямних діодів Шотки вони мають значноменші площі випрямляючих переходів. Тому загальна ємність цих діод неперевищує 1 пФ навіть при нульовому постійному напрузі зсуву.
Список використовуваноїлітератури
1)Напівпровідниковіприлади, 2006 р. В.В. Пасинків, Л.К. Чиркін
2)Напівпровідниковінадвисокочастотні діоди, 1983 р. М.С. Гусятінер, А.І. Горбачов.
