一，肖特基二極體
現在說起二極體，我們大多默認它是由「PN結」組成的；然而有一種奇特的、應用非常廣泛的二極體，卻並非由PN結組成，而是金屬-半導體結構：肖特基二極體（SBD）。
最早接觸硬體設計時，聽說了肖特基二極體的大名，覺得這個二極體名字：陌生又順口，似乎不是以其功能命名的，非常古怪。後來才知道肖特基二極體是以其發明人華特.肖特基博士名字命名的，我想這是流傳百世的一個好辦法，雖然跟桃花潭塘主：汪倫比還是差了一截。
肖特基二極體是以貴金屬（金、銀、鋁、鉑等）為正極，N型半導體為負極，利用二者接觸面形成肖特基勢壘，具有整流特性而製成金屬-半導體器件。
我們來看下PN結的擴散理論：從「自由電子」高濃度的N區向低濃度的P區擴散「自由電子」，同理「空穴」濃度高的P區向N區擴散「空穴」；這非常容易理解，因為這符合日常觀測經驗，舉個例子：在一瓶水中滴「墨水」，就能看到「墨水」不停擴散開，直至整瓶水的「墨水」濃度均勻分布。但套用到肖特基二極體，前提必然是：金屬中的「自由電子」要遠少於N區中的「自由電子」；這就不符合我們的常識了，N半導體的「自由電子」比金屬導體中導電率最高的銀的「自由電子」還要多？打死我都不信。
事實上，擴散理論已經不能應用在肖特基二極體上了，而需要用到「能帶理論」來解釋。我們會在接下來的「肖特基二極體的原理」章節進行解釋；現在先放一放，先看相對更容易且重要的部分：肖特基二極體的結構。
1，肖特基二極體結構
肖特基二極體整體上是由金屬和N半導體組成，但在實際結構比想像中更加複雜一些：
1. 陽極：由金屬（金、銀、鋁、鉬等材料）組成，用SiQ2來消除邊緣區域電場，提高二極體反向耐壓值；
2. 陰極：由N-外延層（低摻雜），N型基片（小通態電阻，摻雜濃度為N-的100倍），N+陰極層（減小陰極接觸電阻）以及陰極金屬組成；
3. 通過調整結構參數，在基片和陽極金屬之間形成合適的肖特基勢壘。
為什麼肖特基勢壘區的N半導體的摻雜濃度要低一些，而與陰極金屬接觸的N半導體摻雜濃度要更高呢？
1. 雖然還沒講到：為什麼N區會失去電子而金屬反而能得到電子；但事實就是：肖特基二極體中的金屬替代了原來P型半導體，與N半導體之間建立了肖特基勢壘，而且內建電場的方向是N半導體—>金屬；
2. 參考PN結能帶圖，如果N區的摻雜濃度變大，那麼肖特基勢壘區間距就變小（由於金屬不存在空穴，從N區跨越到金屬的「自由電子」在金屬表層，所以肖特基二極體勢壘區只存在N區中，間距遠小於PN結）；
——根據 「隧穿效應」原理：如果勢壘區很小，那麼在加反向電壓時，金屬側「自由電子」能很容易的「隧穿」到N區，形成電流。
3. 高濃度摻雜的N區與金屬的「接觸電阻」就會便非常小（下面歐姆接觸具體原理分析），這也解釋了：為什麼與陰極金屬接觸的N區是高摻雜的；
4. 如果N區的摻雜濃度很小，肖特基勢壘區寬度足夠大，就能夠增加肖特基反向耐壓；但肖特基勢壘區天生比PN結距離要小，所以其反向電流會相對更大，反向耐壓會更小。
肖特基二極體主要有兩種工藝結構：點接觸結構和平面接觸結構；
1. 點接觸：用一根尖端細金屬絲與半導體接觸製成，用機械接觸或用放電工藝得到一個很小的合金結；
2. 平面結構是我們最常用的，它有很多不同的結構用於改進反向電壓：
1, 平面結構比點接觸的正向壓降低，電流大，反向擊穿電壓有所提高；但是勢壘結邊緣電場集中，反向漏電流更大；VRM<60V；
2, 為了緩和邊緣電場集中問題，採用了金屬場板結構；
3, 為進一步改進邊緣電場，增加P型保護環結構。
2，肖特基二極體原理
上面我們了解了肖特基二極體的基本物理結構，肖特基勢壘結構和金屬電極-半導體接觸的結構並無本質差別，那只要是金屬和半導體接觸就會形成「肖特基勢壘」麼？接下來我們就可以看下：金屬和N半導體怎麼形成的「肖特基勢壘」。
在深入之前，我們再來捋一遍肖特基勢壘形成的基本原理：
1. N型半導體與金屬接觸時，半導體中的「自由電子」進入金屬（不是擴散運動）；
2. N型半導體界面電荷區中留下正電荷--「空穴」，金屬界面上有多餘負電荷--「自由電子」，從而產生由N->金屬的電場；
3. 由於金屬內部「自由電子」在內建電場的作用下，產生金屬->N的漂移運動，並最終達到平衡，形成肖特基勢壘，如下圖所示。
很明顯，除了第一步外，其它兩個步驟都很好理解。所以我們需要引入新的概念來解釋為什麼「自由電子」會從N半導體「擴散」到金屬呢？
1. 金屬功函數：金屬由金屬內部逸出到表面外的真空所需要的最小能量；即：φm = E0-(EF)m；E0為真空電子能量（真空能級），(EF)m為金屬費米能級；
1, 「金屬鍵」的約束力很弱，「自由電子」可以在金屬內部是自由移動；
2, 但金屬功函數要求的是：「自由電子」突破金屬原子核的電磁力，逸出到金屬外面的能量，這顯然是需要更大的能量。
2. 同理，半導體功函數是指：E0與半導體費米能級之差，φs = E0–(EF)s；但半導體費米能級下的價電子有概率會躍遷到導帶上，變成「自由電子」；所以有了另外一個概念：半導體電子親和能，即：半導體「導帶底」的「自由電子」逸出體外所需的最小能量，χ= E0–Ec；
好啦，那接下來就要比一比「金屬功函數」和「半導體電子親和能」誰大，誰小的問題了：
1. 金屬或半導體中的「自由電子」想要進入對方材料中，那麼金屬中「自由電子」需要克服「金屬功函數」；
2. 而N半導體「自由電子」則需要克服半導體親和能。
如下圖所示為幾種常用金屬的功函數和半導體材料的電子親和能值。我們可以看到，金屬的功函數居然大於半導體的電子親和能，說明半導體中的「自由電子」有更大的概率（更容易）逸出並進入金屬，相反金屬中的「自由電子」逸出並進入半導體的概率要小。這就解釋了為什麼「自由電子」是從半導體到金屬的方向移動。
從上圖可以看到，不同金屬的功函數以及不同半導體的電子親和能有差別，所以不同的金屬與半導體形成的勢壘高度也會不同，從而導致肖特基二極體V-I曲線的差異，如下圖所示：如果金屬接觸勢壘高度高，那麼二極體漏電流小，正嚮導通壓降大。
還有一個問題是：為什麼PN結不用考慮電子親和能，可以直接用擴散理論呢？
個人理解：因為P型半導體和N型半導體，它們雖然由於不同的摻雜導致「自由電子」和「空穴」的濃度差異，但是究其本質來說，P型和N型半導體就是同一種材料，所以「自由電子」和「空穴」進出P型或N型半導體不需要逸出本體（不需要做功，或則說P和N型的「半導體電子親和能」是一樣的）；要看誰進入對方更多，就看 「自由電子」或「空穴」的濃度，所以我們可以用「擴散理論」來解釋PN結的擴散運動。
接下來，我們再來看下肖特基勢壘的能帶圖；以真空能級E0作為參考能級，φm是金屬功函數，φs是半導體功函數，χ是電子親和能；如下圖左所示，在金屬和半導體接觸之前：φm>φs。
1. 如下右圖為理想熱平衡狀態時的金屬-半導體能帶圖，由於接觸前半導體的費米能級要高於金屬的費米能級，接觸熱平衡之後兩者費米能級必然保持連續，所以半導體中的「自由電子」流向比它能級更低的金屬中，帶正電的「空穴」仍然留在半導體中，從而形成一個空間電荷區（耗盡層）；
2. φB0是半導體接觸的理想勢壘高度，金屬中的「自由電子」向半導體中移動形成勢壘，該勢壘就是：肖特基勢壘；φB0= φm - χ；
3. 在另外一側，Vbi是內建電勢差，這個勢壘類似於PN結勢壘，是由導帶中電子運動到金屬中形成的勢壘；Vbi = φB0- φn；
如下圖分別為肖特基二極體的反偏和正偏能帶圖，與PN結能帶圖非常類似；
1. 在金屬與半導體之間加一個負電壓，那么半導體-導體勢壘高度會增大，理想情況下φB0保持不變，但金屬與半導體之間內建電勢差增大，這種情況是反偏；
2. 如果在金屬和半導體之間加一個正電壓，φB0依然保持不變，而半導體金屬勢壘高度會減小，「自由電子」很容易從半導體流向金屬，這種情況是正偏。
3. 肖特基二極體施加電壓後的金屬-半導體能帶圖與PN結非常類似，其電流主要取決於「自由電子」的流動，正偏電流方向是從金屬流向半導體，電流是隨正偏電壓Va的指數函數。