SBD器件中的肖特基二極管漏電流機制

根據(jù)《漲知識啦》第32期可知，隨著反向偏壓的增大，肖特基二極管漏電流的增幅遠遠超過了耗盡區(qū)內(nèi)空間電荷產(chǎn)生電流的水平，隨后，研究人員發(fā)現(xiàn)在肖特基勢壘二極管處于反偏工作下時，是存在鏡像力的，因此肖特基勢壘高度會隨之降低。為了解釋上述肖特基勢壘降低效應(yīng)這個現(xiàn)象，我們可以去分析圖1所示的金屬-半導(dǎo)體能帶圖。

圖1鏡像力造成肖特基勢壘降低的能帶示意圖

當半導(dǎo)體體內(nèi)的一個電子在距離界面x處靠近金屬，同樣大小的鏡像正電荷會出現(xiàn)在距離界面 - x 處的金屬中。這就在電子上產(chǎn)生一個靜電力，即庫侖力，可以由下式給出

粒子之間的引力使半導(dǎo)體中的電子產(chǎn)生一個負電勢能，這個電勢能等于將電子從x處移動到無窮遠處所做的功。相應(yīng)的鏡像力電勢 (V1) 為

把鏡像力負電勢與肖特基勢壘正電勢結(jié)合起來，會在距離界面XM處出現(xiàn)一個最大值。在這個位置，鏡像力電勢等于耗盡區(qū)內(nèi)的電勢降低，該電勢降低與圖中用箭頭表示的主電場有關(guān)。由于最大值接近表面處，可以假設(shè)該處的電場近似等于肖特基接觸的最大電場。使XM處的鏡像力電勢 (V1) 等于耗盡區(qū)內(nèi)的電勢降低 (EMXM)，可以得到

因此，由鏡像力引起的肖特基勢壘高度下降

將該式代入上式中，可以發(fā)現(xiàn)肖特基勢壘降低取決于金屬-半導(dǎo)體體界面的最大電場 (EM)，

并且，對于一維器件結(jié)構(gòu)來說，最大的電場與施加的反向偏壓 (VR)的關(guān)系為

最后，考慮以上分析結(jié)果，肖特基勢壘二極管的反偏漏電流的計算公式為

另外，我們知道對于肖特基勢壘二極管結(jié)構(gòu)來說，在外置反向偏壓時，漂移區(qū)承受電場，且漂移區(qū)恒定摻雜濃度時電場呈三角形分布，最大電場位于金屬-半導(dǎo)體接觸界面，即如圖2所示。因此，對于肖特基勢壘二極管，金半接觸界面的強電場在鏡像力的存在下會使器件在反偏的時候產(chǎn)生很大的漏電流，從而造成器件的過早擊穿。

圖2肖特基整流二極管中的電場分布

圖3? 50 V硅基肖特基勢壘二極管的漏電流密度

為了很好地理解上面的分析，如圖3所示為漂移區(qū)摻雜濃度為1×1016 cm-3時，考慮勢壘降低與倍增過程后漏電流曲線與理想熱電子發(fā)射曲線的對比圖，我們可以發(fā)現(xiàn)考慮勢壘降低與倍增過程后隨電壓增大漏電流增大效應(yīng)非常明顯，特別是在電壓VR = 50 V時，大約增大了1個量級。

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