肖特基势垒二极管的构造原理及特性.ppt

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1、第二讲：肖特基势垒二极管的构造原理及特性微波混频器是任何种类微波接收机的最主要部件之一。不仅因为它是必不可少的，更主要原因是它处于整个接收机的前端位置、其性能好坏，对整个系统影响极大。其基本作用是把微波频率信号变换成中频信号。要求其失真小、损耗小、噪声低、灵敏度高。目前，混频器中的非线性元件主要是肖特基势垒二极管。混频器性能由管子性能和电路设计，工艺水平共同决定。本讲将介绍混频器的核心器件—肖特基势垒二极管。一、肖特基势垒二极管的组成及工作原理1、构造：以重掺杂（）的为衬底、厚度为几十，外延生长零点几厚

2、的N型本征半导——管子内部的半导体机理肖特基势垒二极管的构造原理及特性体作为工作层，在其上面再形成零点几的二氧化硅绝缘层，光刻并腐蚀直径为零点几或几十的小洞，再用金属点接触压接一根金属丝或在面接触中淀积一层金属和N型半导体形成金属半导体结，在该点上镀金形成正极，给另一面层镀金形成负极，即可完成管芯。肖特基势垒二极管有两种管芯结构：点接触型和面结合型，如图2-1所示。点接触型管芯用一根金属丝压接在N型半导体外延层表面上形成金半接触。面结合型管芯先要在N型半导体外延层表面上生成二氧化硅(SiO2)保护层，再

3、用光刻的办法腐蚀出一个小孔，暴露出N型半导体外延层表面，淀积一层金属膜(一般采用金属钼或钛，称为势垒金属)形成金半接触，再蒸镀或电镀一层金属(金、银等)构成电极。肖特基势垒二极管的构造原理及特性图2-1两种肖特基势垒二极管结构(a)点接触型；(b)面结合型肖特基势垒二极管的构造原理及特性2、工作原理肖特基势垒二极管工作的关键区域是金属和N型半导体结形成的肖特基势垒区域。肖特基势垒二极管的构造原理及特性肖特基势垒结的形成：在金属和N型半导体中都存在导电载流子—电子。它们的费米能级（）不同，逸出功也不同。当

4、金属和N型半导体接触时，由于半导体的费米能级高于金属中的费米能级，电子流从半导体一侧向金属一侧扩散，同时也存在金属中的少数能量大的电子跳到半导体中的热电子发射；显然，扩散运动占据明显优势，于是界面上金属中形成电子堆积，在半导体中出现带正电的耗尽层。在界面上形成由半导体指向金属的内建电场，它是阻止电子向金属一侧扩散的，而对热电子发射则没有影响。随着扩散过程的继续，内间电场增强，扩散运动削弱。于是在某一耗尽层厚度下，扩散和热电子发射处于平衡状态。宏观上耗尽层稳定，两边的电子数也稳定。界面上就形成一个对半导体

5、一侧电子的稳定高度势垒肖特基势垒二极管的构造原理及特性它和耗尽层厚度有如下的关系：，其中，ND为N的掺杂浓度，WD为耗尽层厚度。存在于金属－半导体界面由扩散运动形成的势垒称为肖特基势垒，耗尽层和电子堆积区域称为金属－半导体结。单向导电原理：如果给金属—半导体结加上偏压，则根据偏压方向不同、其导电特性也不同。如图2-2①零偏：保持前述势垒状态②正偏：金属一侧接正极，半导体一侧接负极外加电场与内建电场方向相反，内建电厂被削弱，耗尽层变薄，肖特基势垒高度降低，使扩散运动增强，半导体一侧的电子大量的源源不断的流

6、向金属一侧造成与偏压方向一致的电流，金属半导体结呈正向导电特性，且外加电压越大，导电性越好,其关系为：肖特基势垒二极管的构造原理及特性图2-2金属-半导体结在外加电压作用下的情况（a）不加偏压（b）加正向偏压（c）加反向偏压肖特基势垒二极管的构造原理及特性③反偏：金属一侧接负极，半导体一侧接正极外加电场与内建电场方向一致、耗尽层变厚、扩散趋势削弱、热电子发射占优势，但这部分电子数量很少，不会是发射电流增大。在反偏电压的规定范围内，只有很小的反向电流。在反偏情况下，肖特基势垒呈大电阻特性。反偏电压过大时，

7、则导致反向击穿。肖特基势垒具有单向导电特性，与PN结类似但只有电子运动，反应灵活，使用频率高。二、肖特基势垒二极管的特性1、伏安特性肖特基势垒二极管的构造原理及特性图2-3肖特基势垒二极管的伏安特性曲线肖特基势垒二极管的构造原理及特性各参数表征的意义：－－反向饱和电流，n－－工艺因子－－波尔兹曼常数－－电子电荷T－－工作温度V－－偏压，单位为伏2、结电阻其中肖特基势垒二极管的构造原理及特性正偏时：随着I上升，迅速下降反偏时：为一个几兆欧的固定大电阻3、结电容其中，4、寄生参数①其中分别为N体电阻衬底电阻

8、电极电阻②引线电感（零点几毫微亨）肖特基势垒二极管的构造原理及特性③封装电容（零点几皮法）三、等效电路和特性参数1、等效电路如图2-42、特性参数截止频率由前面可知，、都很小，故截止频率很高，可达到KHz，工作频率噪声温度比总输出噪声功率与KTB之比肖特基势垒二极管的构造原理及特性图2-4肖特基二极管等效电路肖特基势垒二极管的构造原理及特性理想情况下，实际中，一般中频阻抗是指在额定本振功率时，对指定中频呈现的阻抗。我们将在以后讨论基本指标、