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功率半導體應用知識講座—肖特基二極管的基本結構與工作原理

該接觸為歐姆接觸,與陽極的金屬-半導體的整流接觸不同。歐姆接觸不僅僅看金屬和半導體的功函數之差。更廣義的所謂歐姆接觸,是指接觸電阻很小且不隨外加電壓的變化而改變其阻值的線性接觸。在圖1中,陰極使用的是高摻雜接觸來做歐姆接觸。在半導體表面與金屬接觸處,如果先用擴散或合金等方法,摻入高濃度的施主或受主雜質,構成金屬-N+-N或金屬-P+-P結構,就形成了高摻雜接觸。在本圖中京城彩票平台注册,流過金屬-N+N接觸的電流主要是電子電流,空穴電流很小,因此對高摻雜接觸來說,非平衡載流子的注入是可以忽略的。在高摻雜接觸處也存在著勢壘,但只要高摻雜的N+(或P+)層雜質濃度足夠高,其勢壘寬度也將很薄,勢壘越薄就越容易發生電子隧道穿透。因此,當勢壘減薄到一定程度以后,就不再能夠阻擋電子的運動,從而使高摻雜接觸的反向阻抗減小。由于高摻雜接觸在工藝上易于實現,效果又好,因此大部分半導體器件的歐姆接觸都采用這種方法。



為分析方便,忽略N+層與金屬的歐姆連接,將N和N+層看成一個層,則肖特基二極管的簡化結構如圖2所示,其中M代表金屬,將其畫成一個區來與半導體接觸,以示區分。按照二極管的端子名稱,A表示陽極京城彩票平台注册,K表示陰極京城彩票平台注册,圖中也給出與外圍電路的連接情況。則零偏置情況下的勢壘情況如圖3所示。



在肖特基二極管兩端加偏置電壓,可以認為所有電壓都加在勢壘接觸兩端京城彩票平台注册,即忽略半導體中性區和歐姆接觸的壓降。與PN結的偏置狀態類似京城彩票平台注册,偏置電壓主要加在空間電荷區京城彩票平台注册。當外加電壓產生的電場與空間電荷區內自建電場的方向相反時,空間電荷區減薄,勢壘降低,稱此偏置狀態為正偏置。N型半導體的肖特基勢壘接觸在金屬接正、半導體接負時為正偏置;P型半導體的肖特基勢壘接觸則在金屬接負京城彩票平台注册、半導體接正時為正偏置。反之,為反偏置。反偏置時,空間電荷區的寬度及其勢壘高度隨著外加電壓的變化而變化。由于大多數半導體都是電子遷移率高于空穴遷移率,實際應用中,大多采用N型半導體與功函數較大的金屬形成肖特基勢壘接觸。

對反偏置狀態,半導體一側的電子勢壘增高為q(UD+UR),從半導體流向金屬的電子數大幅度減少,而金屬一側的電子勢壘高度未變,從金屬流向半導體的電子流占相對優勢,兩者相互抵消,形成由半導體流向金屬的反向電流京城彩票平台注册。但是,金屬中的電子要越過相當高的勢壘qΦM才能進入半導體中,因此反向電流很小。由于金屬一側的電子勢壘不隨外加電壓變化,從金屬流向半導體的電子流的流密度也不會變化。當反向電壓提高到可使從半導體流向金屬的電子流忽略不計時,反向電流即趨于飽和。在偏置的條件下,半導體與金屬處于非平衡狀態,兩者沒有統一的費米能級京城彩票平台注册。半導體空間電荷區外的中性區的費米能級和金屬費米能級之差,即等于外加電壓引起的靜電勢能之差。

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