肖特基二极管是由半导体和金属构成的金属-半导结（而不是PN结）来实现单向导电的。这种二极管具有正向导通压降低（一般为0.2V~0.3V）、开关速度快、反向恢复时间短（一般为纳秒级甚至是皮秒级）等优点，在需要高效整流、快速开关或低功耗的电路场景中应用广泛。

什么是肖特基势垒？

肖特基势垒是在金属和半导体的交界处形成的阻碍载流子从一侧向另一侧自由移动的“能量势垒”，它是金属与半导体的“费米能级差异”所形成的。它是肖特基二极管实现单向导电、快速开关等核心特性的物理基础。

为了更好的理解肖特基势垒，我们先来看看什么是“金属功函数”和“半导体亲和能”？

金属功函数：金属中的自由电子在金属本体中可以很容易的移动，但是想要这些自由电子脱离金属本身，飞到金属外面去，却是件比较困难的事情。金属功函数就是指金属中的自由电子脱离金属本身，飞到真空中所需要的最小能量。我们很容易知道，金属功函数越小，金属中的自由电子越容易飞到金属本体之外。

半导体亲和能：半导体亲和能可以简单的理解为半导体中的电子飞到真空中，所需要的最小能量。

我们来思考一下，如果现在我们将N型半导体和金属结合在一起，他们内部的多数载流子都是自由电子，那么谁的自由电子更容易跑到对面去呢？或者说N型半导体和金属谁更容易失去电子呢？

首先来看看我们的直观感受，N型半导体中的自由电子是由于在4价的Si中掺入了5价的磷，它们在形成8电子稳定结构时，剩余了一个自由电子，因此自由电子的数目与掺杂浓度有关。而金属中，本身就存在大量的自由电子，因此自由电子的数目非常多。我们就会认为肯定是金属中的自由电子向N型半导体中移动，而事实却恰恰相反。通过下图我们可以看到，半导体Si的亲和能比金属的功函数低，因此半导体中的电子更容易失去，而金属中的自由电子则比较难离开金属本体。

如下图所示，N型半导体在交界面处失去电子，剩下带正电的正离子。而交界面的金属得到电子，形成带负电的负离子。因此在二者的交界面处形成了空间电荷区，电场方向由N型半导体指向金属。

从电场的方向可知，这个电场又会反过来阻碍N区的电子继续向金属移动，最终形成阻碍电子移动的“能量势垒”，被称为肖特基势垒。

肖特基二极管单向导电原理

当给肖特基二极管施加正向电压时，外部电场方向与内建电场方向相反，会“抵消部分内建电场”，导致肖特基势垒高度降低，势垒宽度变窄。自由电子得到外部电场的“助推力”，可以轻松克服降低后的势垒，大量电子从半导体一侧越过势垒进入金属，从而形成加大的正向电流。

当给肖特基二极管施加反向电压时，外部电场的方向与“内建电场方向相同”，会 “增强内建电场”，导致肖特基势垒高度升高、势垒区宽度变宽。在外部电场的作用下，自由电子很难越过势垒区，形成电流。

肖特基势垒与PN结的区别？

肖特基势垒仅存在于半导体表面，宽度很窄（通常为几十～几百纳米），因此肖特基二极管的开关速度极快。而PN结扩散产生的空间电荷区较宽（通常为微米级），而且反向电压增大，空间电荷区显著变宽，因此PN结二极管的反向恢复时间也更长。

如下图所示，PN结的多数载流子有自由电子和空穴两种。而肖特基二极管的多数载流子只有自由电子一种。因此，肖特基二极管在正向导通时没有PN结那种“少数载流子注入—存储—复合”的过程，也就不会形成扩散电容。它的开关速度几乎只受金属-半导体界面的RC 充电时间限制，典型反向恢复时间可低至几十皮秒，比同等级PN 结快1～2 个数量级。

这一“无少数载流子存储”特性带来三个直接后果：

①　反向恢复电荷Qrr≈0，关断瞬间几乎没有电流“拖尾”，EMI噪声峰值得以压低，非常适合高频整流与D类功放输出级。

②　正向压降由界面势垒高度φ_B决定，与硅PN结0.7V的扩散电势无关；选用低φ_B的金属（如Ti、Er）可把1A级器件的V_F做到0.25V左右，比硅肖特基再降100mV，但代价是反向漏电流呈指数上升。

③　因为没有电导调制效应，大电流下的串联电阻就是外延层的欧姆电阻，随温度线性升高；200℃时同一颗器件的V_F可比25℃时再高150mV，设计散热时必须按高温曲线留裕量。