功率肖特基晶閘管包括普通功率肖特基勢壘三極管(PowerDiode,SBD)、結(jié)勢壘控制的肖特基(，JBS)三極管，以及肖特基與pin的復(fù)合三極管，如pin與肖特基并聯(lián)結(jié)構(gòu)(，MPS)晶閘管、溝槽氧化物的pin-肖特基復(fù)合結(jié)構(gòu)(Oxidepin，TOPS)晶閘管及軟快恢復(fù)三極管(SoftandFastDiode,SFD)等，據(jù)悉，還有肖特基-超結(jié)(SJ-SBD)復(fù)合晶閘管。
1.結(jié)構(gòu)類型
肖特基晶閘管的檢波作用是由金屬與半導(dǎo)體硅之間產(chǎn)生的接觸勢壘來實現(xiàn)的。因為肖特基的勢壘高度高于pn結(jié)的勢壘高度，使其在小電壓下正向壓增加，擊穿電抬高，反向漏電壓大。功率肖特基晶閘管致力提升其功率特點，有以下三類結(jié)構(gòu)。
(1)普通功率肖特基勢壘晶閘管(SBD)結(jié)構(gòu)如圖1a所示，它是在肖特基晶閘管中降低了一個低參雜含量的n-甩尾區(qū)，由肖特基結(jié)和n-甩尾區(qū)及n+陰極區(qū)組成。結(jié)勢壘控制的肖特基晶閘管(JBS)結(jié)構(gòu)如圖1b所示，在產(chǎn)生肖特基結(jié)之前，先通過離子注入或擴散在n-甩尾區(qū)上產(chǎn)生p區(qū)，使p區(qū)與肖特基結(jié)產(chǎn)生網(wǎng)狀平面結(jié)構(gòu)。于是由p區(qū)、n-甩尾區(qū)及n+襯底產(chǎn)生了一個pin結(jié)構(gòu)，所以，JBS晶閘管相當(dāng)于一個功率肖特基勢壘晶閘管與pin晶閘管的并聯(lián)。在反偏電流下，pn結(jié)空間電荷區(qū)擴充，通過JFET的作用將肖特基結(jié)屏蔽上去，使其不受外加電流的影響。
圖1功率肖特基晶閘管的結(jié)構(gòu)及電路圖形符號
(2)肖特基-pin復(fù)合晶閘管結(jié)構(gòu)為了提升功率肖特基晶閘管的耐壓，增加正向壓降，并降低反向恢復(fù)軟度，在JBS晶閘管結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上發(fā)展了圖2所示的肖特基-pin復(fù)合晶閘管結(jié)構(gòu)。
如圖2a所示，MPS晶閘管結(jié)構(gòu)與JBS晶閘管結(jié)構(gòu)很相像。其反向擊穿與JBS晶閘管的相同，只是在低電壓密度下，pin晶閘管不導(dǎo)通，但在較高的電壓密度下，p區(qū)向n-甩尾區(qū)注入空穴，會形成濁度調(diào)制效應(yīng)肖特基二極管(Schottkydiode)，所以能增加正向壓降，并容許很大的電壓流過金屬-半導(dǎo)體接觸。
圖2各類肖特基-pin復(fù)合晶閘管結(jié)構(gòu)比較
如圖2b所示，TOPS晶閘管結(jié)構(gòu)是在n外延層上先選擇性蝕刻出深溝槽，之后在溝槽頂部通過離子注入產(chǎn)生p區(qū)，最后用氫氧化鋁和砷化鎵依次填充溝槽。與MPS晶閘管結(jié)構(gòu)相比，該結(jié)構(gòu)可以使緊靠陽極側(cè)的空穴含量進(jìn)一步減少。目前，采用TOPS晶閘管結(jié)構(gòu)制做的晶閘管反向擊穿電流已達(dá)到1.2kV，可作為IGBT的續(xù)流晶閘管，明顯減少IGBT的開通幀率，并抑制開關(guān)噪音。
如圖2c所示，SFD結(jié)構(gòu)是通過用A1-Si取代A1電極在p區(qū)之間的n-甩尾區(qū)表面產(chǎn)生一個極薄的p-區(qū)，以控制淺p-n結(jié)注入效率，并保護(hù)肖特基結(jié)。A1-Si/Si接觸在500～550℃退火后產(chǎn)生的勢壘高度為0.89～0.79eV，這與Pt/Si的勢壘高度相仿，比純A1勢壘高度更高，因而實現(xiàn)高耐壓和低漏電壓，并獲得比普通pin晶閘管更快、更軟的反向恢復(fù)特點。目前，采用SFD和超軟快恢復(fù)(U-SFD)結(jié)構(gòu)已使晶閘管的反向電流分別達(dá)到4kV和6.5kV。
(3)超結(jié)-肖特基(SJ-SBD)晶閘管結(jié)構(gòu)如圖3a所示，SJ-SBD晶閘管結(jié)構(gòu)是借助自對準(zhǔn)工藝在輕參雜上的p或n區(qū)上產(chǎn)生硅化物肖特基結(jié)，在重參雜的p+或n+區(qū)產(chǎn)生歐姆接觸。因為超結(jié)能提升晶閘管的反向擊穿能力，肖特基可增加其正向壓降。所以，采用SJ-SBD結(jié)構(gòu)，可以實現(xiàn)高擊穿電流和低漏電壓，并提升通流能力，克服功率肖特基晶閘管的不足。圖3b所示為半超結(jié)-肖特基晶閘管結(jié)構(gòu)，其中降低了n緩沖層與p緩沖層，可進(jìn)一步提高JBS電場屏蔽作用，減少漏電壓，并改善反向恢復(fù)特點。
圖3基于超結(jié)的功率肖特基晶閘管結(jié)構(gòu)
2.制做工藝
功率肖特基晶閘管制做的關(guān)鍵是肖特基結(jié)的產(chǎn)生。通過在輕參雜的n-型硅外延層上蒸發(fā)或濺射相應(yīng)的金屬或硅化物()肖特基二極管(Schottkydiode)，之后經(jīng)過適當(dāng)固溶便可產(chǎn)生。硅化物有很穩(wěn)定的功函數(shù)WF，故產(chǎn)生的肖特基晶閘管有較好的穩(wěn)定性和重復(fù)性。功率肖特基晶閘管也能用p型硅來做，但因其正向偏置電流特別低，致使漏電壓很大，所以甚少使用。
制做肖特基結(jié)的金屬有好多種，如鎳(Ni)、鉻(Cr)、鉑(Pt)、鈀(Pd)、鎢(W)或鉬(Mo)等。為了增加幀率，可采用低勢壘高度的金屬。當(dāng)環(huán)境濕度較高時，為了抑制漏電壓，需采用高勢壘的金屬。肖特基勢壘高度Ubi取決于金屬的功函數(shù)。表1給出了n型硅表面產(chǎn)生肖特基的金屬功函數(shù)及勢壘高度。可見，勢壘高度Ubi隨金屬功函數(shù)的降低而降低。當(dāng)固溶體溫提升時，金屬與硅界面會發(fā)生反應(yīng)而生成金屬硅化物。表2給出了n型硅與硅化物產(chǎn)生的肖特基勢壘高度。可見，采用Mosi2，產(chǎn)生的勢壘高度最低，采用PtSi2產(chǎn)生的勢壘高度最高，故在低溫環(huán)境下工作的功率肖特基晶閘管可用PtSi2來制做。
表1n-Si上金屬的功函數(shù)及肖特基勢壘高度
表2n-Si上金屬硅化物的肖特基勢壘高度