肖特基二極管(Schottky Barrier Diode，SBD)又稱肖特基勢壘二極管，別稱為金屬－半導體（接觸）二極管或表面勢壘二極管，是一種熱載流子二極管。肖特基二極管并非利用P型半導體與N型半導體接觸形成PN結，而是利用金屬與半導體接觸形成的金屬－半導體結。
肖特基二極管有低正向導通電壓、死區電壓小、低管耗和接近理想二極管的正向特性，同時其電容效應小，速度高，適合高速場合。不足之處在于反向耐壓值通常只有100V左右，不適合需要耐受高反偏電壓的場合。肖特基二極管是以貴金屬（金、銀、鋁、鉑等）為正極，以N型半導體為負極，利用二者接觸面上形成的勢壘具有整流特性而制成的金屬半導體器件。肖特基二極管可以分為硅肖特基二極管、碳化硅肖特基二極管、鈍化型、混合型或網型等類型。
沃爾特·肖特基在物電子學領域做出了多項貢獻，包括發明屏柵極電子管和真空四極管。他于1938年提出了肖特基結論，還在熱噪聲和散粒噪聲方面做出了獨特的貢獻。此外，他于1939年提出了肖特基勢壘概念，描述了金屬與半導體接觸時在半導體內形成的勢壘。肖特基二極管廣泛應用于開關電源、變頻器、驅動器等電路，作高頻、低壓、大電流整流二極管、續流二極管、保護二極管使用，或在微波通信等電各中作整流二極管、小信號檢波二極管使用。
發展歷程
晶體管不是單個科學家獨自進行研究的發現，而是作為一項頗為廣泛的半導體物理研究計劃的一個步驟，由美國電話電報公司貝爾實驗室的科學家小組通過大約兩年的理論和實驗研究發現的。半導體研究的歷史可以追溯到1833 年英國物理學家邁克爾·法拉第發現的氧化銀的電阻率隨溫度的升高而增加的現象。沃爾特·肖特基于 1912 年在柏林大學獲得博士學位他對物電子學出了許多獨特的貢獻獻。他在1915 年發明了屏柵圾電子管，于 1919 年在西門子股份公司期間發明了真空四極管。其后，在還沒有半導體理論的情況下，同晶體管有關的半導體光電導效應、光生伏打效應和整流效應相繼被發現，并在1920 年代導致半導體進了商業利用的發展時期。1931 年英國物理學家威爾遜依據固體能帶理論提出半導體導電模型。
肖特基結論于 1938 年以公式表示，他還在器件中的熱噪聲和散粒噪聲方面做出了獨特的貢獻。1939年英國物理學家莫特、蘇聯物理學家達維道夫和德國物理學家肖特基分別提出各自的整流過程理論；物理學家肖特基 (Walter Schottky)提出金屬作為導體與半導體接觸時，在半導體內形成勢壘，后來稱為肖特基勢壘。關于肖特基勢壘形成的原因，在起初認為它來源于金屬和半導體的電壓，后來發現表面狀態對勢的形成有重要的影響。1946 年貝爾實驗室的 物理學家們成立了一個由威廉·肖克利領導的專注于鍺表面研究的小組這個小組按照肖克萊提出的一個假說進行工作，在 1947 年12 月23日觀察到了雙極點接觸鍺晶體管的放大效應。
20 世紀50年代初，為了實現高頻放大，貝爾實驗室又發明了平面接觸的結型硅晶體管。晶體管所具有的體積小和功耗小等優點，使之很快就取代了真空管并用于制作晶體管收音機、晶體管電視和晶體管電子計算機，推動了電子設備走向小型化。晶體管替代真空電子管，促進電子設備小型化；集成電路的概念最早在1952年被提出，1958年美國的德州儀器和快捷半導體（蘇州）有限公司分別制造了最早的集成電路；集成電路消除了電子技術中器件與線路分立的傳統，將晶體管、電阻、電容等元件及其連線集成在小半導體基片上；關鍵工藝的發明，如離子注入、擴散、外延生長和光刻等，為晶體管的集成化提供了技術基礎；金屬一氧化物半導體場效應器件的出現解決了功耗和發熱問題，使大規模和超大規模集成電路成為可能。
外形與圖形符號
金屬與N型半導體結合形成的PN結二極管又稱肖特基勢壘二極管 (SBD)，其圖形符號與普通極管相同。常見的肖特基二極管實物外形如圖所示，三引腳的肖特基二極管內部由兩個二極管組成，其連接有串聯、共陽、共陰等方式。
組成結構
金屬與N型半導體結合形成的PN結二極管在結構原理上與 PN 結二極管有很大區別，通常將PN結整流管稱作結整流管，而把金屬-半導管整流管叫作肖特基整流管。它的內部是由陽極金屬(用鉬[mù]或鋁等材料制成的阻擋層)、二化硅(SiO2)電場消除材料、N-外延層(砷[shēn]材料)、N型硅基片、N+陰極層及陰極金屬等構成。在基片的下部，設置有 N+陰極層和陰極金屬。N+陰極層的作用是減小陰極的接觸電阻。在N型基片和陽極金屬之間形成肖特基勢壘。當在肖特基勢壘兩端加上正向偏壓(陽極金屬接電源正極，N 型基片接電源負極)時，肖特基勢壘層變窄，其內阻變小；反之，若在肖特基勢壘兩端加上反向偏壓時，肖特基勢壘層則變寬，其內阻變大。
優缺點
優點：金屬與N型半導體結合形成的PN結二極管是一種低功耗、大電流、超高速的半導體整流二極管，其工作電流可達幾千安，而反向恢復時間可短至幾納秒。二極管的反向恢復時間越短，從截止轉為導通的切換速度越快。SBD的反向恢復時間只是肖特基勢壘電容的充、放電時間，反向恢復電荷非常少，故開關速度非常快，開關損耗也特別小，尤其適合于高頻應用。另外，肖特基二極管的正向導通電壓較普通硅二極管低，約0.4V。由于肖特基二極管導通、截止狀態可高速切換，故主要用在高頻電路中。由于面接觸型的肖特基二極管工作電流大，故變頻器、電動機驅動器、逆變器和開關電源等設備中。整流二極管、續流二極管和保護二極管常采用面接觸型的肖特基二極管；對于點接觸型的肖特基二極管，其工作電流稍小，常在高頻電路中用于檢波或小電流整流。
缺點：金屬與N型半導體結合形成的PN結二極管的缺點是反向耐壓低，反向擊穿電壓較低，且反向漏電流隨溫度升高而急劇增大，需注意熱失控問題。肖特基二極管與普通二極管一樣具有單向導電性其極性與好壞檢測方法與普通二極管相同。
工作原理
金屬與N型半導體結合形成的PN結二極管是以貴金屬(鉛、鉑等)A 為正極，以n型半導體 B為負極，利用二者接觸面上形成的勢壘具有整流特性而制成的金屬半導體器件。由于 n型半導體中存有大量的電子，而貴金屬僅有少量的自由電子，所以電子便從濃度高的 B 中向濃度低的 A中擴散。顯然，金屬 A 中沒有空穴，也就不存在空穴由 A 向B的擴散運動。隨著電子不斷從 B擴散到A，B表面電子濃度逐漸降低，同時表面電中性也會被破壞，于是就形成勢壘，其電場方向為BA。在該電場作用下，A中的電子也會產生從 AB的漂移運動，從而削弱了因擴散運動而形成的電場。當建立起一定寬度的空間電荷區后，電場引起的電子漂移運動和濃度不同引起的電子擴散運動達到相對平衡，由此便形成了肖特基勢壘。圖1至圖3表示因電子擴散及電壓變化等不同情況的電勢分布。
典型的肖特基二極管的內部結構如圖4所示，它以n型半導體為基片，在上面形成用砷作摻雜劑的n型外延層。陽極為鉬或鋁等金屬材料制成的阻擋層，二氧化硅(SiO2）是用來消除邊緣區域的電場，以提高二極管的耐壓值。n型硅基片具有很小的動態電阻，而且其摻雜濃度也比較高。在基片下方所形成的 n+陰極層的作用是減小陰極的接觸電阻。通過調整結構參數，可在基片與陽極金屬之間形成合適的肖特基勢壘，當加上正向偏壓后金屬陽極和半導體基片分別接電源的正、負極，此時勢壘寬度會變窄，內阻變小。反之加負向偏壓后，勢壘寬度就會增加，內阻變大。其中，在n型基片和陽極金屬之間的肖特基勢壘可表示成而其內建電壓則表示為 。
分類
典型的肖特基二極管可以按材料、類型分類，按材料不同可分為硅肖特基二極管、碳化硅肖特基二極管和GaAs肖特基二極管等；按制造工藝和結構分可以分為鈍化型、混合型和網型三種類型。
按材料分
硅肖特基二極管：以N型硅材料為襯底，反向恢復時間小于 30ns。導通壓降一般小于1V，且隨著額定電壓的增大而增大。其額定電壓值較低，一般小于 150V，因此適用于200V 以下、低壓大電流場合。
SiC肖特基二極管：以N型SiC 材料為襯底，相比于硅快恢復二極管，SiC肖特基二極管具有更加理想的反向恢復特性。在關斷過程中，幾乎沒有反向恢復電流。反向恢復時間一般小于20ns，甚至小于10ns。因此，碳化硅肖特基二極管尤其適用于高頻場合。同硅肖特基二極管相比，SiC 肖特基二極管由于擊穿電場高而具有更高的額定電壓值。目前，商用SiC肖特基二極管的額定電壓值介于600~1700V 之間。
GaAs肖特基二極管：有很寬的覆蓋整個毫米波和亞毫米波頻段頻響，能在非常高的頻率下表現出良好的非線性變容或變阻特性，串聯損耗電阻和噪聲都很小。
GaN肖特基二極管：GaN二極管的器件性能開始趕上 SiC 的器件性能并將超越 SiC，由于 GaN 襯底的位錯密度較高，底具有很高的位錯密度，反向漏電較大;臺面結構也就是準垂直結構，工藝兼容性好。
Ga2臭氧肖特基二極管：在相同的電壓下，Ga2O3 肖特基二極管具有更大的電場擊穿強度和更低的導通電阻。
按制造工藝和結構分
鈍化型二極管：圖1是一種典型的鈍化型二極管，n型硅和一種金屬，如鉻合金（NiCr) 形成肖特基結裝。半導體的表面由一層二氧化硅鈍化( 保護)，以防止外界污染。除二氧化硅以外，有時使用一層氮化硅。厚的金層(因其外形而稱之為金鈕扣)作為二極管的一端與外界相連，另一端則是半導休本身。通常，鈍化型二極管的肖特基結區較小，因此，其結電容也較小，可工作到18GHz。然而，在小的反向偏壓（約5V)下，在肖特基結與二氧化硅的接觸處就會出現強電場，導致電壓擊穿。
混合型二極管：與鈍化型二極管相比，混合型肖特基二極管的反向擊穿電壓較高。除肖特基結之外，在氧化物肖特基界面處還有一個p-n 結，如圖2所示，在這種情況下，“混合”表示在一個二極中同時存在著肖特基結和 p-n結。這種結構不允許在界面處形成強電場，反向擊穿電壓可以高達70V，它的缺點是結電容大，因面工作頻率限制在4GHz 以下。
網型二極管：網型二極管具有未鈍化的肖特基結。圖3是一個網型二極管芯片的頂視圖。每個芯片約有80個小區，每個小區本身就是一個二極管。這些小區是利用網格掩模印制在上的。一個小區中心到另一個小區中心的距離約50μm( 1 /2000in)。
應用
肖特基二極管在很多的電路中發揮其不同的作用，比如用作開關電源的續流二極管、開關電源整流、升壓二極管和混頻和檢波功能等。
開關電源的續流二極管：圖1是由L296型大電流單片開關穩壓器構成的高效開關電源。D為7A肖特基二極管，起續流作用。當內部開關功率管導通時，D截止，一部分電能儲存在L中；當開關功率管截止時，D導通，L中儲存的電能經過D繼續向負載供電，維持輸出電壓不變。
開關電源整流：肖特基二極管 D 用作開關電源整流管，效果很好，如圖2所示。 開關電源工作效率較高，用一般的低頻整流管整流很易發熱損壞。用肖特基二極管代作一般的整流管，則整流效率高、不易損壞。
升壓二極管：圖3是某彩色電視機行輸出變壓器的升壓電路。升壓二極管 D在高頻高壓下工作，采用肖特基二極管是可以勝任的。
阻尼二極管：用肖特基二極管作電視機的阻尼二極的電路，如圖4所示。
作逆變器的保護元件：新型逆變器中開始采用巨型晶體管(原稱電力晶體管 CTR)其工作頻率優于可關斷品閘管。但巨型管容易被過電壓或過電流所損壞。通常可將肖特基二極管 VD與它并聯使用，VD 可為反向電動勢提供泄放回路，如圖5所示。
太陽能LED照明系統：采用壓降小的肖特基二極管，用于防止電源接反。
遠紅外探測：光子效應探測是通過吸收太赫茲輻射能量后產生光生電流和光生伏特效應來實現探測，肖特基二極管基于光子效應的太赫茲探測器。
射頻混頻器和檢波二極管：該二極管也可用于混頻器和檢波二極管，它具有射頻功能，因為它的開關速度處于最高頻率能力的最高水平。
太陽能電池應用：太陽能電池通常與可充電的電池相連，并且大多數帶有鉛酸的電池必須全天候供電。該太陽能電池不支持反向施加的電荷，因此二極管將以太陽能電池的比例模式使用。
功率整流器：肖特基二極管也用作大功率整流器。他們的高電流密度和低正電壓降意味著比普通PN結二極管浪費更少的功率。效率的提高意味著消耗更少的熱量，可以使用更少的散熱器，從而節省重量和成本。
鉗位式二極管：肖特基勢壘式二極管還可以作為晶體管電路中的鉗位式二極管，用于加速開關操作。
電壓位和保護：肖特基二極管用于電壓箝位電路，以保護敏感元件免受過壓瞬變的影響。它們的快速響應和低正向壓降使其成為此應用的理想選擇。
技術指標
整流電流：加入1mV 的微波功率所產生的直流電流叫做整流管流的整流電流，通常整流電流在1~2mA 的范圍內。整流電流標志二極管單向導電特性的好壞。最大整流電流是指半波整流連續工作的情況下，為使 PN 結的溫度不超過額定值(鍺管約為 80℃，硅管約為 150℃)，二極管中允許通過的最大直流電流。因為電流流過二極管時要發熱，電流過大二極管就會過熱而燒毀，所以應用二極管時要特別注意其最大電流不超過 值。
最大反向電壓：是指不致引起二極管擊穿的反向電壓。工作電壓的峰值不能超過，否則反向電流增大，整流特性變壞，甚至燒毀整流管。二極管的反向工作電壓一般為擊穿電壓的 1/2，而有些小容量二極管，其最高反向工作電壓則定為反向擊穿電壓的 2/3。
最大反向電流：在給定(規定)的反向偏壓下，通過二極管的直流電流稱為反向電流。理想情況下二極管是單向導電的，但實際上反向電壓下總有一點微弱的電流。這一電流在反向擊穿之前大致不變故又稱為反向飽和電流。實際的二極管的反向電流往往隨反向電壓的增大而緩慢增大。在最大反向電壓時，二極管中的反向電流就是最大反向電流。通常在室溫下，硅管為 1μA 或更小鍺管為幾十μA 至幾百白μA。反向電流的大小反映了整流管單向導電性能的好壞，反向電流的數值越小越好。
最高工作頻率：二極管的材料、制造工藝和結構不同，其使用頻率也不相同，有的可以工作在高頻電路中。如 2AP系列、2AK 系列等；有的只能在低頻電路中使用，如 2CP系列、2CZ系列等。二極管保持原來良好工作特性的最高頻率，稱為最高工作頻率。
參考資料 >
ECSTUFF4U for Electronics Engineer.EZL aze Replacement.2023-09-18
肖特基二極管的應用場景國晶微半導體.GWOKSEMI.2023-09-18
Schottky Diode ：Understanding Its Working and Applications.SilicaonVLSI.2023-09-18