SBD具有哪些特性？

正向电压比通用二极管小，但反向电流（漏电流）变大。正向电压与反向电流之间有一种平衡关系。

与pn结二极管（PND）相比，SBD具有以下优点和缺点：

优点：

  1. 正向电压（VF）低
  2. 开关速度高（极短的反向恢复时间）

缺点：

  1. 漏电流大
  2. 反向耐压低

由p型和n型半导体结形成的pn结二极管因为这两个半导体之间的电势差会产生结势垒而起到二极管的作用。
相反，由半导体（通常是n型半导体）与铂（Pt）、钼（Mo）和钛（Ti）等金属的结形成的肖特基势垒二极管（SBD）由于功函数差异产生了肖特基势垒*而用作二极管。在SBD的结形成之前，金属的导带中充满高达费米能级的电子，如图e）所示。因此，例如当金属与n型半导体接合时，其中并不存在作为n型半导体的少数载流子的空穴，因为它们与金属中的电子结合，如图f）所示。这意味着只有电子会产生电流。因此，SBD称为单极器件。

由于不存在少数载流子，SBD仅表现出极短的反向恢复时间**，而反向恢复时间是pn结二极管的一个问题。
因此SBD适用于高速开关应用。
决定SBD的正向电压的势垒（肖特基势垒）的大小取决于金属的功函数与半导体的电子亲和力之差。减小这种差异有助于降低二极管导通正向电压（VF或VFM），如图1所示。

图1：I-V特性（不同金属的特性）
图1：I-V特性（不同金属的特性）

对于pn结二极管等双极器件，通过电导率调制可降低大电流区域的VF。然而，由于在作为单极器件的SBD中不发生电导率调制，因此漂移区中的电阻降低。换言之，其漂移区的掺杂剂浓度必须高于典型的pn结二极管的掺杂剂浓度。SBD的缺点是反向耐压（VR或VRRM）低。东芝现在提供使用碳化硅（SiC）（一种宽禁带（WBG）半导体）代替硅制造的SBD。由于比硅更高的禁带和键合强度，SiC的高介电击穿强度比硅高出10倍。因此，SiC SBD可提供650V或更高的绝缘强度，而硅SBD实际上只能提供150V左右的耐压。

*功函数：从金属表面去除电子所需的能量。对于硅和其它半导体，功函数表示电子亲和力。
**由于存在保护环区域内的pn结和寄生电容，SBD的反向恢复时间不为零。尽管SBD具有反向恢复时间，其比pn结二极管的反向恢复时间短得多。

pn结二极管
pn结二极管是由p型和n型半导体结形成的一种二极管。p型和n型半导体的能量结构如右图所示。

a）结形成前

（即当p型端和n型端分开时）：

p型半导体的能带图表明，它在价带中具有高浓度的空穴、多数载流子，在导带中具有低浓度的电子、少数载流子。相反，n型半导体在导带中具有高浓度的电子、多数载流子，在价带中具有低浓度的空穴、少数载流子。费米能级（即有50%概率被多数载流子占据的能级）在p型半导体情况下接近价带，在n型半导体情况下接近导带。

 

b）无篇状态
（即当结由p型和n型半导体形成但未偏置时）

当p型和n型半导体连接在一起形成pn结时，在结附近发生能带弯曲，导致它们的费米能级变得相等。此时，由于p型和n型半导体之间的电势差而产生肖特基势垒。这使得p型端的空穴和n型端的电子难以扩散到结的另一端。 
只有以大于费米能级的能态存在的空穴和电子才从高浓度区域扩散到低浓度区域，从而使它们均匀分布。
耗尽区在结周围延伸。其宽度与p型和n型杂质的浓度成反比。

a) 形成结之前，b) 无偏状态

c）正向偏置状态
（即当p型端比n型端更加正向偏置时）

n型半导体的费米能级随着正向偏置量的增加而增大，导致势垒降低。因此，能量大于势垒的空穴和电子的数量急剧增加，导致扩散电流流动。结周围的耗尽区缩小。

c）正向偏置

d）反向偏置状态
（即当n型端比p型端更加正向偏置时）

n型半导体的费米能级随着反向偏压量增加而减小，导致势垒增加。因此，能量大于势垒的空穴和电子的数量城指数减少。结周围的耗尽区变宽。

d）反向偏置

肖特基势垒二极管（SBD）

肖特基势垒二极管（SBD）是一种在半导体（通常是n型半导体）与金属之间形成一个结的二极管。

e）结形成前
（即当p型半导体和n型半导体分开时）：

半导体在禁带上方有一个空带。当价电子获得跳入导带所需的能量时，价电子就会变成传导电子。金属中的电子可以在原子间自由移动，因为价电子存在的能带具有空能级。因此，电子能级由能带图表示，如右图所示。尽管图中未显示，但金属的价带中充满电子。

 

f）无偏状态

（即当结由金属和n型半导体形成结但未偏置时）

当金属和n型半导体结合在一起时，结附近的n型半导体中的一些电子的能级高于金属导体的电子能级，因此电流会流入金属侧。在n型半导体侧的结表面附近，电子损耗，形成一个耗尽区。这也将n型半导体中的能级向结弯曲，使其与费米能级相匹配。
因此，在n型半导体侧的结处产生了一个肖特基势垒。
能量高于此肖特基势垒的价电子扩散到金属侧，直到它们均匀分布在这两种材料中。虽然金属中有许多自由电子，但由于肖特基势垒，它们不能移动到半导体侧。n型半导体价带中的所有空穴都扩散到金属中。

e）结形成前，f）无偏状态

g）正向偏置状态
（即当金属比n型半导体更加正向偏置时）

n型半导体的费米能级随着正向偏置量的增加而增大，导致势垒降低。因此，能量大于势垒的电子数量呈指数增加，导致扩散电流流动。由于金属中没有空穴，因此只有电子会产生该电流。因此，SBD称为单极器件。由于SBD的势垒低于pn结二极管的势垒，因此在低于pn结二极管中的电压的电压下电流开始在SBD中流动。
从结延伸到n型半导体的耗尽区缩小。

g）正向偏置

h）反向偏置状态
（即当n型半导体比金属更加正向偏置时）

n型半导体的费米能级随着反向偏压量增加而减小，导致势垒增加。因此，能量大于势垒的电子数量呈指数减少。
从结延伸到n型半导体的耗尽区变宽。

）反向偏置

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