[科普中国]-肖特基缺陷

肖特基缺陷（Schottkydefect）是一种化合物半导体中的点缺陷。在化合物MX中，在T>0K时，由于晶格热振动，能量大的原子离开原格点进入晶格间隙或进入表面，或蒸发到外界，而失去原子的晶格位置即出现空缺生成空位以符号VM（或VX）表示。空位是化合物半导体中常见的点缺陷之一。如果对一个按化学计量比组成的化合物MX晶体，在产生VM的同时，也产生数目相同的VX。此时产生的缺陷称肖特基缺陷，记作(VM VX)。空位可以是中性，也可带正电或负电。它对化合物半导体的导电性能有较大的影响。1

原理肖特基缺陷是由于晶体表面附近的原子热运动到表面，在原来的原子位置留出空位，然后内部邻近的原子再进入这个空位，这样逐步进行而造成的，看来就好像是晶体内部原子跑到晶体表面来了。显然，对于离子晶体，阴阳离子空位总是成对出现；但若是单质，则无这种情况。除了表面外，肖特基缺陷也可在位错或晶界上产生。这种缺陷在晶体内也能运动，也存在着产生和复合的动态平衡。对一定的晶体来说，在确定的温度下，缺陷的浓度也是一定的。空位缺陷的存在可用场离子显微镜直接观察到。2

特性一般来说，随着温度的升高，缺陷的浓度会增大。对于典型的离子晶体碱金属卤化物，其肖特基缺陷形成能较低，所以，肖特基缺陷主要存在于碱金属卤化物中，但只有高温时才明显，尚只有个别例外。对于氧化物而言，其离子性显然小于碱金属卤化物，所以它的肖特基缺陷形成能较高，只有在较高的温度下，它的肖特基缺陷才变得重要。2

区分肖特基缺陷和弗仑克尔缺陷之间的重要差别之一，在于前者的生成需要一个像晶界、位错或表面之类的晶格混乱区域，使得内部的质点能够逐步移到这些区域，并在原来的位置上留下空位，但弗氏缺陷的产生并无此限制。当肖特基缺陷的浓度较高时，用比重法所测得的固体密度显著地低于用X射线分析得出的晶胞大小数据计算所得的密度。2

弗伦克尔缺陷：间隙原子和空位是成对出现的。

肖特基缺陷：只在晶体内形成空位而无间隙原子。3

肖特基二极管肖特基二极管是贵金属（金、银、铝、铂等）A为正极，以N型半导体B为负极，利用二者接触面上形成的势垒具有整流特性而制成的金属-半导体器件。因为N型半导体中存在着大量的电子，贵金属中仅有极少量的自由电子，所以电子便从浓度高的B中向浓度低的A中扩散。显然，金属A中没有空穴，也就不存在空穴自A向B的扩散运动。随着电子不断从B扩散到A，B表面电子浓度逐渐降低，表面电中性被破坏，于是就形成势垒，其电场方向为B→A。但在该电场作用之下，A中的电子也会产生从A→B的漂移运动，从而消弱了由于扩散运动而形成的电场。当建立起一定宽度的空间电荷区后，电场引起的电子漂移运动和浓度不同引起的电子扩散运动达到相对的平衡，便形成了肖特基势垒。

典型的肖特基整流管的内部电路结构是以N型半导体为基片，在上面形成用砷作掺杂剂的N-外延层。阳极使用钼或铝等材料制成阻档层。用二氧化硅（SiO2）来消除边缘区域的电场，提高管子的耐压值。N型基片具有很小的通态电阻，其掺杂浓度较H-层要高100%倍。在基片下边形成N+阴极层，其作用是减小阴极的接触电阻。通过调整结构参数，N型基片和阳极金属之间便形成肖特基势垒，如图所示。当在肖特基势垒两端加上正向偏压（阳极金属接电源正极，N型基片接电源负极）时，肖特基势垒层变窄，其内阻变小；反之，若在肖特基势垒两端加上反向偏压时，肖特基势垒层则变宽，其内阻变大。

综上所述，肖特基整流管的结构原理与PN结整流管有很大的区别通常将PN结整流管称作结整流管，而把金属-半导管整流管叫作肖特基整流管，采用硅平面工艺制造的铝硅肖特基二极管也已问世，这不仅可节省贵金属，大幅度降低成本，还改善了参数的一致性。

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何星 - 副教授 - 上海交通大学