글쓴이 : SOONDORI
쇼트키 다이오드(Schottky Diode)는 1938년, 독일 물리학자 발터 쇼트키(Walter H. Schottky)의 발명 때문에 만들어진 소자. 요즘은 너무 흔해서 잊고 있었던 과거이다. 일렉트로닉스 오스레일리아 1968년 7월호에서.
* URL : https://archive.org/details/1968.07-electronics-australia/page/24/mode/2up?view=theater
미국 벨 전화 연구소(Bell Telephone Laboratories of America)는 쇼트키 배리어 다이오드를 개량하여 거의 이상적인 전류-전압 특성을 구현했다고 주장합니다. 이러한 개량은 고주파 고전력 정류기, 고효율 마이크로파 발진기, 그리고 대수 변환기에 쇼트키 다이오드를 사용할 수 있는 길을 열어줄 것으로 기대됩니다.
개량된 다이오드의 역방향 항복 전압은 이론적인 한계에 근접하여 기존 쇼트키 다이오드보다 평균 두 배 이상 높은 전압을 나타냅니다. 또한, 이 다이오드는 역방향 바이어스 시 약 2피코암페어의 누설 전류를 발생시킵니다.
벨 연구소는 소수 캐리어를 주입하지 않는 쇼트키 배리어 다이오드가 이러한 캐리어를 주입하는 최고의 PN 접합 다이오드와 유사한 항복 전압과 누설 전류를 달성한 것은 이번이 처음이라고 밝혔습니다.
(개선된 쇼트키 다이오드(오른쪽 구조)의 전류 전압 특성은 기존 유형(왼쪽 상단)보다 우수합니다. 이러한 개선은 P형 실리콘의 확산 가드 링 덕분에 가능했습니다. 두 쇼트키 다이오드의 오버레이 접점은 알루미늄 또는 티타늄-백금-금 합금으로 구성될 수 있습니다. 절연체(회색 영역)는 이산화규소입니다. 백금-실리사이드(아래 그림의 PtSi)는 두 배리어 접합에서 금속 역할을 합니다. 다이오드의 활성 영역을 정의하는 백금 실리사이드 영역의 직경은 고속 애플리케이션에서 일반적으로 40마이크론입니다.)
개량된 다이오드는 집적 회로와 호환되며, 이 제조 기술은 벨 연구소에서 이전에 개발된 빔 리드 기술을 확장한 것입니다. 다른 저전력 쇼트키 다이오드와 마찬가지로, 이 다이오드는 스위칭 시간이 1/10나노초 미만인 고속 소자에 사용될 수 있습니다.
개선된 다이오드는 높은 역방향 항복 전압 외에도 순방향 바이어스에서 거의 이상적인 지수 함수적 전류-전압 특성을 갖는다고 합니다. 이러한 대수적 전류-전압 관계는 피코암페어에서 1/10밀리암페어까지의 전류 값에 대해 새로운 다이오드에서 유지됩니다.
8자리에 달하는 이 범위는 PN 접합 대수 컨버터보다 몇 자리 더 넓습니다.
개선된 다이오드의 높은 역방향 항복 전압은 금속-반도체 접합 주변에 확산된 P형 실리콘 “가드 링” 때문입니다. 다른 쇼트키 다이오드는 일반적으로 금속 오버레이로 보호되지만, 금속 주변 반도체 내부에는 가드 링이 확산되어 있지 않습니다.
새로운 가드 링은 기존 쇼트키 다이오드에 내재된 “에지 효과”를 최소화합니다. 이러한 에지 효과는 금속-반도체 접합부 내부 모서리에 집중된 전기장으로 인해 발생합니다. 지금까지 에지 효과는 쇼트키 다이오드의 항복 전압을 이론 한계의 약 절반으로 제한해 왔습니다.
개선된 다이오드의 전류 대 전압을 오실로스코프로 측정한 결과, 이론적으로 예상되는 전압에 가까운 전압에서 급격한 역항복이 나타났습니다.
전자 프로브를 이용한 테스트 결과, 항복이 쇼트키 접합부의 가장자리가 아니라 접합부 전체 표면에서 동시에 발생하는 것으로 확인되었습니다. 벨 연구소에서는 항복 전압이 10~500V에 이르는 쇼트키 다이오드를 개발했습니다.
금속(백금-실리사이드)과 반도체(N형 실리콘) 사이의 깨끗한 접합은 새로운 다이오드의 향상된 전기적 특성에 기여합니다. 기존 쇼트키 다이오드의 누설 전류는 순수한 실리콘 표면과 증발된 금속 사이에 표면 상태가 형성되어 발생하는 경우가 많습니다. 반도체 표면의 오염은 배리어의 작동 특성을 저하시킬 수 있습니다.
이러한 문제를 방지하기 위해 벨 연구소에서 개발한 “백 스퍼터링” 공정을 사용하여 N형 도핑 실리콘 기판 표면을 원자적으로 세정합니다. 이 공정에서 실리콘 슬라이스는 음극 위에 놓입니다. 음극에 약 2,000V의 고주파 전압을 인가하면 슬라이스 위에 글로우 방전이 발생합니다. 이 플라즈마의 기체 이온은 실리콘 표면에 충돌하여 불순물을 제거합니다. 그런 다음 슬라이스가 진공 챔버에 있는 동안 RF 전압을 끄고 슬라이스 위의 두 번째 백금 음극에서 순수한 실리콘 위에 매끄러운 백금 층을 스퍼터링합니다.
그 결과, N형 실리콘 기판 위에 오염이 없는 매끄러운 백금 실리사이드 층이 형성됩니다. 백금 실리사이드는 금속의 특성을 가지며 쇼트키 접합의 금속 물질로 사용됩니다. (“Electronics Weekly,” 1968년 3월 1일)
