更新时间：2024-09-20 17:20
肖特基二极管(Schottky Barrier Diode，SBD)又称肖特基势垒二极管。肖特基二极管是一种特殊的PN结二极管，其PN结是由金属与N型半导体材料相结合形成的，而传统意义上的PN结是P型半导体与N型半导体材料相结合形成的，而这里PN结只是一种习惯的叫法而已。
肖特基二极管有低正向导通电压、死区电压小、低管耗和接近理想二极管的正向特性，同时其电容效应小，速度高，适合高速场合。不足之处在于反向耐压值通常只有100V左右，不适合需要耐受高反偏电压的场合。肖特基二极管是以贵金属(铅、铂等)为正极，以N型半导体为负极，利用二者接触面上形成的势垒具有整流特性而制成的金属半导体器件。肖特基二极管可以分为硅肖特基二极管、碳化硅肖特基二极管、钝化型、混合型或网型等类型。
沃尔特·肖特基在物电子学领域做出了多项贡献，包括发明屏栅极电子管和真空四极管。他于1938年提出了肖特基结论，还在热噪声和散粒噪声方面做出了独特的贡献。此外，他于1939年提出了肖特基势垒概念，描述了金属与半导体接触时在半导体内形成的势垒。肖特基二极管广泛应用于开关电源、变频器、驱动器等电路，作高频、低压、大电流整流二极管、续流二极管、保护二极管使用，或在微波通信等电各中作整流二极管、小信号检波二极管使用。
晶体管不是单个科学家独自进行研究的发现，而是作为一项颇为广泛的半导体物理研究计划的一个步骤，由美国电话电报公司贝尔实验室的科学家小组通过大约两年的理论和实验研究发现的。半导体研究的历史可以追溯到1833 年英国物理学家迈克尔·法拉第发现的氧化银的电阻率随温度的升高而增加的现象。沃尔特·肖特基于 1912 年在柏林大学获得博士学位他对物电子学出了许多独特的贡献献。他在1915 年发明了屏栅圾电子管，于 1919 年在西门子股份公司期间发明了真空四极管。其后，在还没有半导体理论的情况下，同晶体管有关的半导体光电导效应、光生伏打效应和整流效应相继被发现，并在1920 年代导致半导体进了商业利用的发展时期。1931 年英国物理学家威尔逊依据固体能带理论提出半导体导电模型。
肖特基结论于 1938 年以公式表示，他还在器件中的热噪声和散粒噪声方面做出了独特的贡献。1939年英国物理学家莫特、苏联物理学家达维道夫和德国物理学家肖特基分别提出各自的整流过程理论；物理学家肖特基 (Walter Schottky)提出金属作为导体与半导体接触时，在半导体内形成势垒，后来称为肖特基势垒。关于肖特基势垒形成的原因，在起初认为它来源于金属和半导体的电压，后来发现表面状态对势的形成有重要的影响。1946 年贝尔实验室的 物理学家们成立了一个由威廉·肖克利领导的专注于锗表面研究的小组这个小组按照肖克莱提出的一个假说进行工作，在 1947 年12 月23日观察到了双极点接触锗晶体管的放大效应。
20 世纪50年代初，为了实现高频放大，贝尔实验室又发明了平面接触的结型硅晶体管。晶体管所具有的体积小和功耗小等优点，使之很快就取代了真空管并用于制作晶体管收音机、晶体管电视和晶体管电子计算机，推动了电子设备走向小型化。晶体管替代真空电子管，促进电子设备小型化；集成电路的概念最早在1952年被提出，1958年美国的德州仪器和快捷半导体（苏州）有限公司分别制造了最早的集成电路；集成电路消除了电子技术中器件与线路分立的传统，将晶体管、电阻、电容等元件及其连线集成在小半导体基片上；关键工艺的发明，如离子注入、扩散、外延生长和光刻等，为晶体管的集成化提供了技术基础；金属一氧化物半导体场效应器件的出现解决了功耗和发热问题，使大规模和超大规模集成电路成为可能。
金属与N型半导体结合形成的PN结二极管又称肖特基势垒二极管 (SBD)，其图形符号与普通极管相同。常见的肖特基二极管实物外形如图所示，三引脚的肖特基二极管内部由两个二极管组成，其连接有串联、共阳、共阴等方式。
金属与N型半导体结合形成的PN结二极管在结构原理上与 PN 结二极管有很大区别，它的内部是由阳极金属(用或铝等材料制成的阻挡层)、二化硅(SiO2)电场消除材料、N-外延层(材料)、N型硅基片、N+阴极层及阴极金属等构成。在基片的下部，设置有 N+阴极层和阴极金属。N+阴极层的作用是减小阴极的接触电阻。在N型基片和阳极金属之间形成肖特基势垒。当在肖特基势垒两端加上正向偏压(阳极金属接电源正极，N 型基片接电源负极)时，肖特基势垒层变窄，其内阻变小；反之，若在肖特基势垒两端加上反向偏压时，肖特基势垒层则变宽，其内阻变大。
优点：金属与N型半导体结合形成的PN结二极管是一种低功耗、大电流、超高速的半导体整流二极管，其工作电流可达几千安，而反向恢复时间可短至几纳秒。二极管的反向恢复时间越短，从截止转为导通的切换速度越快，普通整流二极管反向恢复时间长，无法在高速整流电路中正常工作。另外，肖特基二极管的正向导通电压较普通硅二极管低，约0.4V。由于肖特基二极管导通、截止状态可高速切换，故主要用在高频电路中。由于面接触型的肖特基二极管工作电流大，故变频器、电动机驱动器、逆变器和开关电源等设备中。整流二极管、续流二极管和保护二极管常采用面接触型的肖特基二极管；对于点接触型的肖特基二极管，其工作电流稍小，常在高频电路中用于检波或小电流整流。
缺点：金属与N型半导体结合形成的PN结二极管的缺点是反向耐压低，一般在100V 以下，因此不能用在高电压电路中。肖特基二极管与普通二极管一样具有单向导电性其极性与好坏检测方法与普通二极管相同。
金属与N型半导体结合形成的PN结二极管是以贵金属(铅、铂等)A 为正极，以n型半导体 B为负极，利用二者接触面上形成的势垒具有整流特性而制成的金属半导体器件。由于 n型半导体中存有大量的电子，而贵金属仅有少量的自由电子，所以电子便从浓度高的 B 中向浓度低的 A中扩散。显然，金属 A 中没有空穴，也就不存在空穴由 A 向B的扩散运动。随着电子不断从 B扩散到A，B表面电子浓度逐渐降低，同时表面电中性也会被破坏，于是就形成势垒，其电场方向为BA。在该电场作用下，A中的电子也会产生从 AB的漂移运动，从而削弱了因扩散运动而形成的电场。当建立起一定宽度的空间电荷区后，电场引起的电子漂移运动和浓度不同引起的电子扩散运动达到相对平衡，由此便形成了肖特基势垒。图1至图3表示因电子扩散及电压变化等不同情况的电势分布。
典型的肖特基二极管的内部结构如图4所示，它以n型半导体为基片，在上面形成用砷作掺杂剂的n型外延层。阳极为钼或铝等金属材料制成的阻挡层，二氧化硅(SiO2）是用来消除边缘区域的电场，以提高二极管的耐压值。n型硅基片具有很小的动态电阻，而且其掺杂浓度也比较高。在基片下方所形成的 n+阴极层的作用是减小阴极的接触电阻。通过调整结构参数，可在基片与阳极金属之间形成合适的肖特基势垒，当加上正向偏压后金属阳极和半导体基片分别接电源的正、负极，此时势垒宽度会变窄，内阻变小。反之加负向偏压后，势垒宽度就会增加，内阻变大。其中，在n型基片和阳极金属之间的肖特基势垒可表示成而其内建电压则表示为 。
典型的肖特基二极管可以按材料、类型分类，按材料不同可分为硅肖特基二极管、碳化硅肖特基二极管和GaAs肖特基二极管等；按制造工艺和结构分可以分为钝化型、混合型和网型三种类型。
硅肖特基二极管：以N型硅材料为衬底，反向恢复时间小于 30ns。导通压降一般小于1V，且随着额定电压的增大而增大。其额定电压值较低，一般小于 150V，因此适用于200V 以下、低压大电流场合。
SiC肖特基二极管：以N型SiC 材料为衬底，相比于硅快恢复二极管，SiC肖特基二极管具有更加理想的反向恢复特性。在关断过程中，几乎没有反向恢复电流。反向恢复时间一般小于20ns，甚至小于10ns。因此，碳化硅肖特基二极管尤其适用于高频场合。同硅肖特基二极管相比，SiC 肖特基二极管由于击穿电场高而具有更高的额定电压值。目前，商用SiC肖特基二极管的额定电压值介于600~1700V 之间。
GaAs肖特基二极管：有很宽的覆盖整个毫米波和亚毫米波频段频响，能在非常高的频率下表现出良好的非线性变容或变阻特性，串联损耗电阻和噪声都很小。
GaN肖特基二极管：GaN二极管的器件性能开始赶上 SiC 的器件性能并将超越 SiC，由于 GaN 衬底的位错密度较高，底具有很高的位错密度，反向漏电较大;台面结构也就是准垂直结构，工艺兼容性好。
Ga2臭氧肖特基二极管：在相同的电压下，Ga2O3 肖特基二极管具有更大的电场击穿强度和更低的导通电阻。
钝化型二极管：图1是一种典型的钝化型二极管，n型硅和一种金属，如铬合金（NiCr) 形成肖特基结装。半导体的表面由一层二氧化硅钝化( 保护)，以防止外界污染。除二氧化硅以外，有时使用一层氮化硅。厚的金层(因其外形而称之为金钮扣)作为二极管的一端与外界相连，另一端则是半导休本身。通常，钝化型二极管的肖特基结区较小，因此，其结电容也较小，可工作到18GHz。然而，在小的反向偏压（约5V)下，在肖特基结与二氧化硅的接触处就会出现强电场，导致电压击穿。
混合型二极管：与钝化型二极管相比，混合型肖特基二极管的反向击穿电压较高。除肖特基结之外，在氧化物肖特基界面处还有一个p-n 结，如图2所示，在这种情况下，“混合”表示在一个二极中同时存在着肖特基结和 p-n结。这种结构不允许在界面处形成强电场，反向击穿电压可以高达70V，它的缺点是结电容大，因面工作频率限制在4GHz 以下。
网型二极管：网型二极管具有未钝化的肖特基结。图3是一个网型二极管芯片的顶视图。每个芯片约有80个小区，每个小区本身就是一个二极管。这些小区是利用网格掩模印制在上的。一个小区中心到另一个小区中心的距离约50μm( 1 /2000in)。
肖特基二极管在很多的电路中发挥其不同的作用，比如用作开关电源的续流二极管、开关电源整流、升压二极管和混频和检波功能等。
开关电源的续流二极管：图1是由L296型大电流单片开关稳压器构成的高效开关电源。D为7A肖特基二极管，起续流作用。当内部开关功率管导通时，D截止，一部分电能储存在L中；当开关功率管截止时，D导通，L中储存的电能经过D继续向负载供电，维持输出电压不变。
开关电源整流：肖特基二极管 D 用作开关电源整流管，效果很好，如图2所示。 开关电源工作效率较高，用一般的低频整流管整流很易发热损坏。用肖特基二极管代作一般的整流管，则整流效率高、不易损坏。
升压二极管：图3是某彩色电视机行输出变压器的升压电路。升压二极管 D在高频高压下工作，采用肖特基二极管是可以胜任的。
阻尼二极管：用肖特基二极管作电视机的阻尼二极的电路，如图4所示。
作逆变器的保护元件：新型逆变器中开始采用巨型晶体管(原称电力晶体管 CTR)其工作频率优于可关断品闸管。但巨型管容易被过电压或过电流所损坏。通常可将肖特基二极管 VD与它并联使用，VD 可为反向电动势提供泄放回路，如图5所示。
太阳能LED照明系统：采用压降小的肖特基二极管，用于防止电源接反。
远红外探测：光子效应探测是通过吸收太赫兹辐射能量后产生光生电流和光生伏特效应来实现探测，肖特基二极管基于光子效应的太赫兹探测器。
射频混频器和检波二极管：该二极管也可用于混频器和检波二极管，它具有射频功能，因为它的开关速度处于最高频率能力的最高水平。
太阳能电池应用：太阳能电池通常与可充电的电池相连，并且大多数带有铅酸的电池必须全天候供电。该太阳能电池不支持反向施加的电荷，因此二极管将以太阳能电池的比例模式使用。
功率整流器：肖特基二极管也用作大功率整流器。他们的高电流密度和低正电压降意味着比普通PN结二极管浪费更少的功率。效率的提高意味着消耗更少的热量，可以使用更少的散热器，从而节省重量和成本。
钳位式二极管：肖特基势垒式二极管还可以作为晶体管电路中的钳位式二极管，用于加速开关操作。
电压位和保护：肖特基二极管用于电压箝位电路，以保护敏感元件免受过压瞬变的影响。它们的快速响应和低正向压降使其成为此应用的理想选择。
整流电流：加入1mV 的微波功率所产生的直流电流叫做整流管流的整流电流，通常整流电流在1~2mA 的范围内。整流电流标志二极管单向导电特性的好坏。最大整流电流是指半波整流连续工作的情况下，为使 PN 结的温度不超过额定值(锗管约为 80℃，硅管约为 150℃)，二极管中允许通过的最大直流电流。因为电流流过二极管时要发热，电流过大二极管就会过热而烧毁，所以应用二极管时要特别注意其最大电流不超过 值。
最大反向电压：是指不致引起二极管击穿的反向电压。工作电压的峰值不能超过，否则反向电流增大，整流特性变坏，甚至烧毁整流管。二极管的反向工作电压一般为击穿电压的 1/2，而有些小容量二极管，其最高反向工作电压则定为反向击穿电压的 2/3。
最大反向电流：在给定(规定)的反向偏压下，通过二极管的直流电流称为反向电流。理想情况下二极管是单向导电的，但实际上反向电压下总有一点微弱的电流。这一电流在反向击穿之前大致不变故又称为反向饱和电流。实际的二极管的反向电流往往随反向电压的增大而缓慢增大。在最大反向电压时，二极管中的反向电流就是最大反向电流。通常在室温下，硅管为 1μA 或更小锗管为几十μA 至几百白μA。反向电流的大小反映了整流管单向导电性能的好坏，反向电流的数值越小越好。
最高工作频率：二极管的材料、制造工艺和结构不同，其使用频率也不相同，有的可以工作在高频电路中。如 2AP系列、2AK 系列等；有的只能在低频电路中使用，如 2CP系列、2CZ系列等。二极管保持原来良好工作特性的最高频率，称为最高工作频率。
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