肖特基二极管失效机理

肖特基二极管失效机理 

肖特基二极管（Schottky Barrier Diode, SBD）作为一种快速开关元件，在电子设备中得到了广泛的应用。但是，随着SBD所承受的工作压力和工作温度不断升高，极易出现失效问题。因此，深入研究SBD失效机理，对于促进SBD的性能和寿命提高，具有重要的意义。

SBD失效机理可以从电学和物理两个方面讨论。首先，SBD失效机理包括电学性失效和物理性失效。

电学性失效：

1.反向击穿失效

SBD在反向电场下受到电子渗出现象（即逆向电子穿透）的影响，产生显著的反向漏电流，可能导致反向击穿失效。反向击穿失效是由于电子与物质相互作用的能力不同，尤其是在半导体中，电子能在粒子键结构中自由运动，但不能在禁带区运动，只有越过能带垒（能量势垒）或电场起伏后，能够通过载流子密度的通道来从原子上方的价带移动到下方的导带。当反向电场足够高时，存在足够强的载流子密度，使得出现轨道共振，电子渗透到禁带区，在禁带区发生大量复合效应，加速的载流子撞击晶体，进一步加剧复合效应。因此，导致SBD发生反向击穿失效。

2.热失效

随着高温散热性能不佳或过时余享受的工作时间增加，SBD内部温度升高，会造成正向电流增大、反向电流增加的等现象，此时会导致制造工艺和材料本身的电学性能发生变化，因此出现热失效。其中主要的机理包括载流子复合和金属 thermomigration（热迁移散布）等。

载流子在SBD中顺畅运行是非常重要的。热失效会导致载流子复合，主要包括正向电流和反向电流下载流子的大量复合。载流子的复合将导致SBD特性的不稳定性，最终导致SBD无效。金属 thermomigration（热迁移）是另一种热失效机制，它是在高温下导线中的金属原子移动，因此破坏了导线与重金属结构之间的联系，导致电流传输困难，甚至导致电路中断。

物理性失效：

1.永久性偏移

SBD中的金属-半导体结（ohmic contact）由于热膨胀系数和热膨胀强度的不同而形成，随着温度变化，会发生常规的负温度系数。当然，由于金属和半导体材料的热膨胀系数和热膨胀强度不匹配，它们之间的接触会发生永久性偏移现象，这将极大地影响SBD的性能，从而影响其寿命。

2.金属间化合物的扩散

SBD中的金属与半导体结构之间的剩余应力和热膨胀系数不匹配，因此在长时间使用过程中，金属压缩半导体，从而破坏结构，引起金属间化合物的扩散。金属间化合物的扩散会导致SBD性能的不稳定，从而影响其工作效率和寿命。

总结：

SBD的失效机理是一项复杂而关键的研究领域。根据上述分析，SBD失效机理主要包括电学性失效和物理性失效。它会影响SBD的性能、可靠性和工作寿命。因此，需要加强对SBD失效机理的研究，制定相应的措施来提高SBD的性能和寿命。其中，掌握SBD的制造工艺和设计结构，以及材料科学和电子工程方面的知识是至关重要的。