肖特基二極管的正向?qū)ㄌ匦裕↖-V特性）分析概述1.1肖特基二極管載流子的運(yùn)輸肖特基二極管的電流的形成主要靠半導(dǎo)體一側(cè)含量較多的載流子向載流子含量較少的金屬一側(cè)擴(kuò)散而成，因此這種器件為多子器件，具有單向?qū)ㄌ匦?。?dāng)金屬與p型半導(dǎo)體進(jìn)行接觸，此時(shí)的含量較多的載流子為空穴，而對(duì)于金屬與n型半導(dǎo)體接觸，此時(shí)器件中含量較多的則為電子。與少子器件不同的是，多子器件不存在少子壽命問題。對(duì)于肖特基二極管而言，當(dāng)外加正向偏壓時(shí)，由于受器件本身材料、器件結(jié)構(gòu)，工作時(shí)的溫度、電壓等多重問題的影響，其內(nèi)部電流產(chǎn)生機(jī)制并不單一，而是多種電流機(jī)制共同作用產(chǎn)生的結(jié)果，也就是說存在多種電流運(yùn)輸機(jī)制并存的情況。通常情況下，肖特基二極管內(nèi)部電流有以下五種基本形式REF_Ref2214\r\h[18]：耗盡區(qū)電子擴(kuò)散形成電流；空穴向半導(dǎo)體一側(cè)注入并擴(kuò)散形成電流；電子越過勢(shì)壘區(qū)發(fā)射形成電流；量子穿過薄勢(shì)壘層形成隧穿電流；電子和空穴在漂移區(qū)內(nèi)復(fù)合形成復(fù)合電流。當(dāng)外加正向偏壓時(shí)，金屬-半導(dǎo)體形成肖特基接觸的能帶圖及該體系中電流運(yùn)輸?shù)臋C(jī)制如下圖所示：圖2-2正向偏壓下肖特基接觸能帶圖及電流運(yùn)輸?shù)奈宸N基本形式除了圖1.2所示的五種基本電流形式以外，在局部高電場(chǎng)下，金屬與半導(dǎo)體接觸的邊緣處，肖特基二極管還可能存在泄漏電流以及金屬與半導(dǎo)體接觸的界面上存在缺陷的情況下，接觸界面上的缺陷也會(huì)導(dǎo)致界面電流等。但是雖然有這么多機(jī)制同時(shí)存在，但是每種電流的對(duì)總電流影響的主次程度并不相同，這主要與所摻雜質(zhì)的含量以及溫度等因素有關(guān)。擴(kuò)散理論假設(shè)x表示平均自由程，d表示勢(shì)壘寬度。當(dāng)半導(dǎo)體中的載流子遷移率較低的時(shí)候，x>>d，這時(shí)在勢(shì)壘區(qū)內(nèi)電子會(huì)碰撞很多次，這些碰撞不能忽略，所以稱之為厚阻擋層。這種厚阻擋層就非常適合用擴(kuò)散理論來研究。在阻擋層很厚的情況下，載流子濃度受又會(huì)受到勢(shì)壘區(qū)內(nèi)的電場(chǎng)影響，進(jìn)而影響到電流。熱電子發(fā)射模型（TE模型）當(dāng)x<<d的時(shí)候，很顯然這種體系不再適用擴(kuò)散理論，這時(shí)候勢(shì)壘高度起到?jīng)Q定作用，這時(shí)候我們可以用熱電子發(fā)射模型來解釋。我們可以認(rèn)為，只要電子的能量足夠高，以至于高到超過勢(shì)壘的最高點(diǎn)，這樣電子就能夠完全自由地跨過勢(shì)壘區(qū)，從而流進(jìn)金屬一邊，對(duì)于金屬一側(cè)的電子也是如此，這時(shí)對(duì)于空間電荷區(qū)中載流子而言，他們的擴(kuò)散和漂移引起的電流都可以忽略不計(jì)。這樣我們需要要計(jì)算能量高到足以跨過勢(shì)壘的載流子數(shù)目，就能計(jì)算出電流，這就是熱電子發(fā)射理論。根據(jù)熱電子發(fā)射理論我們可以得到關(guān)系REF_Ref17982\n\h[19]：（2-1）本式中，表示飽和電流，即表示在關(guān)系曲線圖中當(dāng)時(shí)的電流密度，其表達(dá)式為:（2-2）在上述公式中，表示肖特基接觸區(qū)域的總面積；為外加電壓；為玻爾茲曼常數(shù)；，為熱力學(xué)溫度，為電荷量；為理想因子，代表肖特基二極管實(shí)際勢(shì)壘高度偏離理想勢(shì)壘高度的程度，；表示肖特基勢(shì)壘高度；為理查森（Richardson）常數(shù)，其表達(dá)式如公式（2-3）所示，4H-SiC材料的其理查森常數(shù)為。（2-3）本式中，為電子的有效質(zhì)量，對(duì)于4H-SiC材料而言，其電子有效質(zhì)量和電子質(zhì)量有如下關(guān)系：m*/m=1。場(chǎng)發(fā)射模型（FT模型）對(duì)于金半接觸而言，只要兩者材料確定，那么肖特基勢(shì)壘高度就可以確定，勢(shì)壘高度與半導(dǎo)體內(nèi)雜質(zhì)的含量無關(guān)，但是，它會(huì)影響耗盡區(qū)的寬度。由于半導(dǎo)體重?fù)诫s時(shí)耗盡區(qū)寬度會(huì)比輕摻雜時(shí)的寬度小很多，這時(shí)候的更容易出現(xiàn)隧穿效應(yīng)，也就是說電子能夠很容易穿過勢(shì)壘區(qū)。因此，我們可以看到半導(dǎo)體的摻雜濃度和勢(shì)壘高度共同影響著接觸電阻。熱電子場(chǎng)發(fā)射模型（TEF模型）熱電子場(chǎng)發(fā)射模型中的載流子，器特性既符合TE模型，又符合FT模型，因此，可以將TEF模型視為以上兩種模型的結(jié)合。根據(jù)A.Ahaitouf等人關(guān)于Pt/GaNSBD的研究，實(shí)驗(yàn)繪制出了溫度在77~300K的區(qū)間內(nèi)的I-V曲線，研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)外加電壓高于0.7V時(shí)曲線存在兩種截距，一個(gè)截距對(duì)應(yīng)于TE模型，一個(gè)對(duì)應(yīng)FT模型，而當(dāng)外加電壓大于0.2V小于0.6V的情況下載流子的運(yùn)輸符合熱電子反射模型。對(duì)于熱電子場(chǎng)發(fā)射模型而言，勢(shì)壘高度、半導(dǎo)體摻雜的濃度和溫度共同影響接觸電阻。我們用表示遂穿因子，用可以預(yù)測(cè)主導(dǎo)電流輸運(yùn)機(jī)制REF_Ref15170\n\h[20]： （2-4）其中，εs1.2肖特基二極管的I-V特性針對(duì)碳化硅材料而言，當(dāng)肖特基二極管處于較小的正向偏置下工作時(shí)，如果材料未重?fù)诫s且工作溫度不處于非常低的情況，則此時(shí)該肖特基二極管的電流傳輸主要為熱電子發(fā)射機(jī)理，此時(shí)的電流可以根據(jù)熱電子發(fā)射模型進(jìn)行描述，根據(jù)公式（2-1）和公式（2-2）可以推出其表達(dá)示為REF_Ref12196\n\h[12]：（2-5）通過公式（2-2）可以推出勢(shì)壘高度的表達(dá)式為：（2-6）當(dāng)正向壓降時(shí)，電流密度可以近似表示為：（2-7）此