11.14: Schottky-Barrierediode

Schottky-Barrieredioden sind spezielle Halbleiterbauelemente, die sich durch ihre einzigartige Konstruktion auszeichnen. Bei dieser Konstruktion wird eine Metallschicht mit einem mäßig dotierten n-Typ-Halbleitermaterial kombiniert. Diese Kombination führt zur Bildung einer Schottky-Barriere, einem zentralen Element, das die Betriebseigenschaften der Diode definiert. Die Kernfunktionalität von Schottky-Barrieredioden ist ihre Fähigkeit, aufgrund ihrer charakteristischen Metall-Halbleiter-Verbindungskonstruktion den Stromfluss nur in eine Richtung zuzulassen.

Eine Ladungsübertragung findet statt, wenn das Metall mit einem Halbleiter in Kontakt kommt. Dieser Prozess richtet die Fermi-Niveaus der beiden Materialien aus, was, abhängig vom anfänglichen Fermi-Niveau des Halbleiters relativ zum Metall, zur Bildung einer Verarmungszone um den Kontaktbereich führt. Bei n-Typ-Halbleitern ist diese Verarmungszone mit positiven Ladungen von Donor-Ionen gefüllt, die nicht kompensiert sind, während bei p-Typ-Halbleitern die Verarmungszone negative Ladungen enthält, wodurch die Richtungsabhängigkeit des Stromflusses der Diode sichergestellt wird.

Die Schottky-Barrierediode unterscheidet sich von herkömmlichen pn-Übergangsdioden durch ihre Betriebsgeschwindigkeit und Effizienz. Da sie hauptsächlich mit Majoritätsträgern arbeitet und keine Minoritätsträger-Ladungsspeichereffekte aufweist, ist sie deutlich schneller und eignet sich daher ideal für Schaltanwendungen. Darüber hinaus ist der Durchlassspannungsabfall über einer Schottky-Diode geringer als bei pn-Übergangsdioden, was zu einer geringeren Leistungsabgabe während des Betriebs führt.

Aufgrund dieser Eigenschaften werden Schottky-Dioden häufig in Anwendungen eingesetzt, die schnelles Schalten und geringen Leistungsverlust erfordern, wie z. B. Spannungsklemm- und Transientenschutzschaltungen. Ihre schnelle Reaktion und niedrige Durchlassspannung machen sie zu einem unverzichtbaren Bestandteil des modernen elektronischen Schaltungsdesigns, insbesondere dort, wo Effizienz und Geschwindigkeit kritische Parameter sind.