使用半导体基准模型评估肖特基二极管

2018年9月10日

肖特基二极管是最古老的半导体组件之一,但它们仍然存在于许多现代应用中,包括计算机和雷达系统。为确保肖特基二极管表现良好,工程师很重要,以准确分析设计中电流密度和屏障高度等因素。作为基准模型演示,COMSOLMultibySics®软件和附加半导体模块非常188金宝搏优惠适合这种类型的分析。

肖特基二极管的简要历史

肖特基二极管的基本原理于1874年通过Karl Ferdinand Braun演示。通过加入金属线和Galena晶体(其作为半导体),Braun创建了一个点接触二极管,可以将交流电流转换为直流(即,整流电流)。虽然这是半导体二极管的第一个示例之一,但是Braun的作品没有得到很多关注,因为当时没有任何实际应用。

无线电的发明导致了对半导体二极管的需求(称为水晶探测器当时)。1901年,印度物理学教授Jagadish Chandra Bose展示了二极管可以拿起无线电波。5年后,G.W.挑剔专利了“猫的晶须探测器”,一个普通的无线电分量,直到20世纪20年代。该二极管包括薄金属线(所谓的猫晶须),其轻轻搁置在硅晶体上。通过调整电线的位置,您可以拾取信号,从而调整无线电。

猫的晶须探测器的照片。
曾经在晶体无线电接收器中使用的猫的晶须探测器。ja.davidson,通过Wikimedia Commons.

在20世纪30年代,物理学家沃尔特肖特基发现,当金属和半导体触摸时,在它们之间产生屏障。他的工作形成了肖特基二极管的基础(和名称) - 也称为肖特基障碍,热载体二极管和热电子二极管。与其他类型的二极管一样,当施加电压时,由触点产生的屏障允许电流在一个方向(前向偏置)中流动并停止另一个方向(反向偏置)。

肖特基二极管的应用和优势

与其他现代二极管相比,肖特基二极管有很多好处。例如,肖特基二极管具有高电流密度和低正向电压下降,这意味着它们消耗较少的能量并产生较少的热量。结果,它们比同行更有效,更紧凑,它们可以用较小的散热器构建。其他优点包括快速开关速度,短恢复时间和低电容 - 有用的应用的乐观性,如:

  • 充电电脑和智能手机
  • RF混合在雷达系统中
  • 电机驱动器和LED灯的整流电源
  • 预防晶体管饱和
  • 保护电池放电保护太阳能电池

为确保肖特基二极管在这些和其他应用中表现良好,工程师可以使用半导体仿真软件评估电流密度和电压等关键设计因素。继续阅读浏览基准示例。

分析肖特基二极管设计

肖特基联系基准模型描述了在正向偏压下简单的肖特基二极管的行为。该二极管的几何形状是晶片形,底部的半导体(硅)和沉积在顶部的金属(钨)。请注意,您可以使用COMSOL®软件中的默认设置轻松定义硅的属性。188金宝搏优惠

肖特基二极管模型几何。
简单肖特基二极管的几何形状。

在设计中检查的一个重要方面是由肖特基联系人创建的障碍的高度,因为这会影响二极管是否将工作。确定屏障高度可以是复杂的任务,因为它基于金属半导体界面的结构。在该模型中,仅基于硅的默认材料特性和Tungsten的工作功能(4.72 V)计算理想的高度,其高度为0.67 V.

您可以使用“理想”肖特基联系人来保持模型简单。这意味着您可以计算材料之间的当前行驶,而无需考虑力降低,隧道,扩散效果和表面状态等因素。这种类型的触点主要由热离子电流定义,其又取决于施加的电压和电流密度,绘制下方。

将肖特基二极管模型与实验比较的1D曲线图。
正向偏压下肖特基二极管电流密度的模型(实线)和实验(圆形)的比较。

如您所见,该基准示例的结果与实验吻合良好,表明您可以准确地捕捉肖特基二极管的接触的行为与COMSOL Multiphysics和半导体模块。188金宝搏优惠

下一步

通过尝试自己的这个例子来开始建模肖特基二极管。单击下面的按钮以前往应用程序库,您可以在那里找到分步说明。您还可以下载此模型的MPH文件。

了解有关COMSOL博客上的半导体模拟的更多信息:188金宝搏优惠


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