一种简单的金属与半导体的交界面,它与
PN结相似,具有非线性阻抗特性(整流特性)。1938年德国的W.H.肖特基提出理论模型,对此特性作了科学的解释,故后来把这种金属与半导体的交界面称为肖特基结或
肖特基势垒。
半导体的逸出功一般比金属的小,故当金属与半导体(以N型为例)接触时,电子就从半导体流入金属,在半导体表面层内形成一个由带正电不可移动的杂质离子组成的
空间电荷区, 在此区中存在一个由半导体指向金属的电场,犹如筑起了一座高墙,阻止半导体中的电子继续流入金属。从肖特基势垒的能带图可以看出:在界面处半导体的能带发生弯曲,形成一个高势能区,这就是肖特基势垒。电子必须具有高于这一势垒的能量才能越过势垒流入金属。当平衡时,肖特基势垒的高度是金属和半导体的逸出功的差值。
①不同金属与不同种类的半导体接触时,具有不同的肖特基势垒高度。②势垒高度随外加电压变化。当金属接正电压时,空间电荷区中的电场减小,势垒降低,载流子容易通过;反之势垒升高,载流子不易通过。因此肖特基结具有单向导电的整流特性。与PN结相比,肖特基结电流输运的显著特点是多数载流子起主要作用,因此电荷储存效应小,
反向恢复时间很短。③肖特基结的电流-电压和电容-电压特性与PN结的相似,但肖特基结的电流-电压曲线的正向开启电压较低,正向曲线的斜率较大,
反向击穿电压较低。
通常用蒸发、溅射、电镀等方法在洁净的半导体表面上淀积一层纯金属膜,形成面接触肖特基结。为了长期稳定,须进行适当热处理。一般采用迁移率较高的
N型半导体材料制造,以便得到较小的串联电阻。
肖特基结用于制作各种
微波二极管,如利用正向电流-电压的非线性制成的变阻管,可用于微波检波和混频;利用正向低导通特性制成箝位管;利用
反向偏置势垒特性可制成
雪崩二极管、光敏管等;利用反向电容-电压特性制成
变容二极管,如
砷化镓肖特基变容管用于
参量放大器、电调谐等。1966年研制成用肖特基势垒作栅极的砷化镓
MES场效应管,它是性能优良的微波低噪声晶体管、微波高速开关管和微波功率晶体管。利用肖特基结还可制成单片
微波集成电路和单片超高速数字集成电路等。
H.A.Watson,Microwave Semiconductor Devices and Their Circuit Applications, McGraw-Hill, New York, 1969.