肖特基二极管(Schottky Barrier Diode,简称SBD)的工作原理主要基于金属与半导体接触界面上形成的肖特基势垒(Schottky Barrier)。这种势垒是由于金属和半导体之间的功函数差异而产生的。功函数是电子从固体内部逸出到真空所需要的最小能量,不同材料的功函数不同。
当金属与半导体(通常是N型半导体)接触时,由于金属的功函数通常小于半导体的功函数,电子会从半导体流向金属,直到两者之间的费米能级(Fermi Level)达到平衡。这个过程中,半导体表面会形成一个耗尽层(Depletion Layer),其中的电子被金属吸引走,留下不能移动的正离子,形成一个空间电荷区。这个空间电荷区就构成了肖特基势垒。
肖特基势垒具有整流特性,即只允许单一方向的电流通过。具体来说,当外加正向电压(即金属端为正,半导体端为负)时,外加电场会削弱势垒,使得电子更容易从半导体流向金属,形成正向电流。而当外加反向电压(即半导体端为正,金属端为负)时,外加电场会增强势垒,阻止电子从半导体流向金属,反向电流非常小(但并非完全为零,因为存在热激发电子和隧穿效应等)。
肖特基二极管的正向导通压降(Forward Voltage Drop)较低,通常只有0.2V到0.4V左右,远低于传统PN结二极管的0.6V到0.7V。这使得肖特基二极管在正向导通时功耗较低,特别适合用于高频、低压、大电流的应用场合。
此外,肖特基二极管的反向恢复时间(Reverse Recovery Time)非常短,可以达到纳秒级别,因此也适用于高频开关电路。但是,肖特基二极管的反向击穿电压(Reverse Breakdown Voltage)相对较低,因此在需要高反向电压的应用中需要谨慎选择。