Die Schottky-Diode

Die Schottky-Diode nutzt denselben Metall-Halbleiter-Übergang, der bereits im Kapitel zum Metall-Halbleiter-FET (MESFET) als Gate-Kontakt vorgestellt wurde, hier jedoch nicht als steuerbarer Kanal-Kontakt, sondern als eigenständiges, zweipoliges Bauelement zur Gleichrichtung. Ein Metallkontakt – gebräuchlich sind unter anderem Platinsilizid, Chrom, Molybdän, Aluminium oder Titan, je nach gewünschter Barrierehöhe und Prozesskompatibilität – wird direkt auf schwach dotiertes n-Silicium oder n-GaAs aufgebracht. Anders als bei einer klassischen pn-Diode entsteht die gleichrichtende Barriere hier bereits an der Metall-Halbleiter-Grenzfläche selbst, ganz ohne dass dafür ein zweiter, gegensätzlich dotierter Halbleiterbereich implantiert oder eindiffundiert werden müsste.

Am Rand des Metallkontakts tritt eine gegenüber der Fläche stark überhöhte elektrische Feldstärke auf, die den Sperrstrom unerwünscht ansteigen lassen und die Durchbruchspannung verringern würde; ein sogenannter Guard-Ring, ein flacher, ringförmig um den Kontaktrand implantierter pn-Übergang mit entgegengesetzter Krümmung, entschärft diese Feldüberhöhung gezielt und ist in praktisch allen modernen Schottky-Dioden-Designs Standard.

Da die Schottky-Barrierehöhe typischerweise niedriger ausfällt als die eingebaute Diffusionsspannung eines vergleichbaren pn-Übergangs, liegt die Durchlassspannung einer Silicium-Schottky-Diode üblicherweise nur bei 0,2 bis 0,45 V, gegenüber etwa 0,6 bis 0,7 V bei einer gewöhnlichen Silicium-pn-Diode. Diese um mehrere hundert Millivolt geringere Durchlassspannung reduziert die Verlustleistung bei hohen Strömen erheblich, was besonders in Anwendungen mit niedriger Ausgangsspannung und hohem Strom, etwa in Gleichrichterschaltungen von Schaltnetzteilen, einen spürbaren Wirkungsgradgewinn bringt.

Von noch größerer praktischer Bedeutung ist jedoch das Schaltverhalten: Da es sich bei der Schottky-Diode um ein reines Majoritätsträger-Bauelement handelt – im Gegensatz zur pn-Diode findet keine Injektion und Speicherung von Minoritätsträgern in der jeweils anderen Zone statt –, entfällt die sogenannte Sperrverzögerungsladung (Reverse Recovery Charge) nahezu vollständig. Bei einer gewöhnlichen pn-Diode muss beim Umschalten von Durchlass- in Sperrrichtung erst die im Bauelement gespeicherte Minoritätsträgerladung abgebaut werden, was abhängig vom Bauelement einige zehn bis mehrere hundert Nanosekunden dauern kann und während dieser Zeit zu unerwünschten Stromspitzen führt; Schottky-Dioden dagegen können im Bereich weniger Nanosekunden oder sogar darunter schalten, da praktisch nur die vergleichsweise geringe Kapazität der Sperrschicht umgeladen werden muss.