Диоды Шотки
Диод Шотки – это полупроводниковый прибор, использующий выпрямляющие свойства электрического перехода между металлом и полупроводником.
Как было показано выше, физические процессы, ограничивающие диапазон рабочих частот, - это накопление и рассасывание неосновных носителей заряда в базе диода и перезаряд барьерной емкости р – n перехода. Наибольшее влияние оказывает первый процесс , поэтому для расширения частотного диапазона требуется ускорить этот процесс. Накопления зарядов не будет, если исключить инжекцию неосновных носителей в базу диода. Среди нескольких возможных способов исключения инжекции наибольшее распространение получило использование перехода Шотки – выпрямляющего перехода, возникающего при контакте металла с полупроводником.
При идеальном контакте между этими материалами возникает диффузия электронов из материала с меньшей работой выхода в материал с большей работой выхода. Под работой выхода электрона понимается энергия, необходимая для перевода электрона с уровня Ферми на потолок верхней свободной зоны (без удаления его за пределы атома).
В результате диффузии электронов нарушается электронейтральность прилегающих к границе раздела областей, возникает контактное электрическое поле и контактная разность потенциалов:
где АМ и АП – работа выхода электронов из металла (АМ) и полупроводника (АП). Возникшая таким образом структура называется переходом Шотки.
Контактное электрическое поле на переходе Шотки сосредоточено практически только в полупроводнике, т.к. концентрация носителей заряда в металле много больше, чем в полупроводнике.
В зависимости от типа электропроводности полупроводника и соотношения работ выхода АМ и АП в полупроводнике может возникать обедненный, инверсный или обогащенный слой. Если АМ <АП , то электроны с большей вероятностью переходят из металла в полупроводник. Если полупроводник p – типа, то из – за процессов рекомбинации вблизи контакта в нем образуется обедненный слой или, если АМ <<АП, то инверсного слоя, т.е. слоя с избытком электронов. Если же полупроводник n – типа, то возникает обогащенный слой с избыточной концентрацией электронов вблизи границы относительно всего объема полупроводника.
При условии АМ >АП в полупроводнике n – типа получается обедненный (или даже инверсный) слой, а в дырочном – обогащенный.
Характерной особенностью перехода Шотки в отличие от р – n перехода является разная высота потенциальных барьеров для электронов и дырок. Благодаря этому при включении перехода Шотки в прямом направлении прямой ток возникает из – за движения основных носителей заряда из полупроводника в металл, а носители из металла (не основные для полупроводника) практически не могут перейти в полупроводник из – за высокого потенциального барьера на переходе. Поэтому не происходит и накапливания этих носителей в базе диода.
На базе выпрямляющего перехода Шотки можно создать выпрямительные, импульсные и сверхвысокочастотные диоды, имеющие значительно лучшие частотные свойства, чем диоды на р – n переходах.
Кроме рассмотренных типов диодов в радиоэлектронике находят широкое применение сверхвысокочастотные (СВЧ) диоды, работающие на частотах СВЧ – диапазона (>300 МГц). Они делятся на смесительные диоды, предназначенные для преобразования СВЧ – сигналов в сигналы промежуточной частоты, детекторные диоды, выполняющие функцию детектирования сигнала, т.е. выделения из модулированного высокочастотного сигнала низкочастотный. Модулирующей составляющей, переключательные диоды, применяемые в устройствах управления уровнем СВЧ – мощности. В основе работы СВЧ – диодов заложено использование свойств перехода Шотки с различными конструктивными и технологическими особенностями.