Диоды Шоттки

Структура диодов Шоттки показаны на рис.7. В контактах металл-полупроводник ток создается за счет движения основных носителей заряда при любой полярности источника питания. Концентрация электронов в металле на несколько порядков выше, чем в низколегированном полупроводнике n – типа, поэтому уровень инжекции электронов всегда мал, нет накопления избыточного заряда и отсутствует диффузионная емкость. Диод Шоттки обладает хорошими частотными свойствами. Сила тока на прямой ветви ВАХ диода Шоттки экспонециально зависит от приложенного напряжения. На диоде Шоттки прямое падение напряжения составляет ~0.3В, что существенно меньше, чем в кремниевых и арсенид-галлиевых диодах. Для улучшения частотных свойств и повышения обратных напряжений базу диода делают двухслойной. Наличие высоколегированного слоя уменьшает сопротивление базы, а низколегированный слой увеличивает толщину перехода, что с одной стороны уменьшает барьерную емкость, а с другой стороны увеличивает напряжение пробоя. За счет хорошего теплоотвода увеличивается плотность прямого тока J. Таким образом, на основе диода Шоттки могут быть созданы выпрямительные, импульсные и СВЧ диоды.

На рис.8 а, б, в и г представлены структура, зонная диаграмма в состоянии термодинамического равновесия, распределение концентрации примесей и напряженности электрического поля в p-i-n- диоде. В такой структуре полупроводники p и n -типов разделены областью собственного полупроводника. Это существенно уменьшает барьерную емкость диода, которая слабо зависит от приложенного напряжения. Распределение напряженности электрического поля Е имеет трапециевидную форму (рис. 8, г). При одинаковой легированности областей p и n и, соответственно одинаковой контактной разности потенциалов φ₀, напряженность электрического поля в p-n- переходе E _p-n=φ₀/(d _p+ d _n), а в p-i-n- структуре по абсолютной величине существенно меньше − E _p-i-n=φ₀/(d _p+ d _i+ d _n). Поэтому напряжение пробоя p-i-n- структуры существенно превышает напряжение пробоя p-n- перехода.

На основе p-i-n- структур с большой площадью перехода изготавливают высоковольтные выпрямительные диоды, рассчитанные на работу с большими прямыми токами. p-i-n- структуры с малой площадью перехода имеют малую барьерную емкость и используются в качестве переключающих диодов СВЧ диапазона. p-i-n- диоды имеют повышенную по сравнению с p-n- диодами максимальную рассеиваемую мощность. Например, для переключающих бескорпусных СВЧ диодов 2Ф523А-4 (диаметр 2мм, длинна 3.6мм) рассеиваемая в непрерывном режиме мощность составляет до 20Вт. При параллельном включении в СВЧ тракт, переключающий p-i-n- диод работает режиме отражения СВЧ излучения, при этом поглощается незначительная часть падающей на него СВЧ мощности, что позволяет относительно маломощному прибору управлять десятками и сотнями киловатт импульсной СВЧ мощности.

Недостатком кремниевых p-i-n- диодов является инерционность процесса рассасывания носителей заряда из i- слоя при переключении диода, т.к. скорость движения носителей заряда ограничена. Применение арсенид-галлиевых p-i-n- диодов увеличивает скорость переключения, однако уровень рассеиваемой на диоде мощности значительно ниже, чем у кремниевых p-i-n- диодов.