肖特基二極管的原理詳解

肖特基二極管

肖特基二極管是以其發(fā)明人肖特基博士(Schottky)命名的，SBD是肖特基勢(shì)壘二極管(SchottkyBarrierDiode,縮寫成SBD)的簡(jiǎn)稱。SBD不是利用P型半導(dǎo)體與N型半導(dǎo)體接觸形成PN結(jié)原理制作的，而是利用金屬與半導(dǎo)體接觸形成的金屬-半導(dǎo)體結(jié)原理制作的。因此，SBD也稱為金屬-半導(dǎo)體(接觸)二極管或表面勢(shì)壘二極管，它是一種熱載流子二極管。

1肖特基二極管的原理

肖特基二極管是貴金屬(金、銀、鋁、鉑等)A為正極，以N型半導(dǎo)體B為負(fù)極，利用二者接觸面上形成的勢(shì)壘具有整流特性而制成的金屬-半導(dǎo)體器件。因?yàn)镹型半導(dǎo)體中存在著大量的電子，貴金屬中僅有極少量的自由電子，所以電子便從濃度高的B中向濃度低的A中擴(kuò)散。顯然，金屬A中沒有空穴，也就不存在空穴自A向B的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)。隨著電子不斷從B擴(kuò)散到A，B表面電子濃度逐漸降低，表面電中性被破壞，于是就形成勢(shì)壘，其電場(chǎng)方向?yàn)锽→A。但在該電場(chǎng)作用之下，A中的電子也會(huì)產(chǎn)生從A→B的漂移運(yùn)動(dòng)，從而消弱了由于擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)而形成的電場(chǎng)。當(dāng)建立起一定寬度的空間電荷區(qū)后，電場(chǎng)引起的電子漂移運(yùn)動(dòng)和濃度不同引起的電子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)達(dá)到相對(duì)的平衡，便形成了肖特基勢(shì)壘。

典型的肖特基整流管的內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)是以N型半導(dǎo)體為基片，在上面形成用砷作摻雜劑的N-外延層。陽(yáng)極使用鉬或鋁等材料制成阻檔層。用二氧化硅(SiO2)來消除邊緣區(qū)域的電場(chǎng)，提高管子的耐壓值。N型基片具有很小的通態(tài)電阻，其摻雜濃度較H-層要高100%倍。在基片下邊形成N+陰極層，其作用是減小陰極的接觸電阻。通過調(diào)整結(jié)構(gòu)參數(shù)，N型基片和陽(yáng)極金屬之間便形成肖特基勢(shì)壘，如圖所示。當(dāng)在肖特基勢(shì)壘兩端加上正向偏壓(陽(yáng)極金屬接電源正極，N型基片接電源負(fù)極)時(shí)，肖特基勢(shì)壘層變窄，其內(nèi)阻變小;反之，若在肖特基勢(shì)壘兩端加上反向偏壓時(shí)，肖特基勢(shì)壘層則變寬，其內(nèi)阻變大。

綜上所述，肖特基整流管的結(jié)構(gòu)原理與PN結(jié)整流管有很大的區(qū)別通常將PN結(jié)整流管稱作結(jié)整流管，而把金屬-半導(dǎo)管整流管叫作肖特基整流管，采用硅平面工藝制造的鋁硅肖特基二極管也已問世，這不僅可節(jié)省貴金屬，大幅度降低成本，還改善了參數(shù)的一致性。

2肖特基二極管的優(yōu)點(diǎn)

SBD具有開關(guān)頻率高和正向壓降低等優(yōu)點(diǎn)，但其反向擊穿電壓比較低，大多不高于60V，最高僅約100V，以致于限制了其應(yīng)用范圍。像在開關(guān)電源(SMPS)和功率因數(shù)校正(PFC)電路中功率開關(guān)器件的續(xù)流二極管、變壓器次級(jí)用100V以上的高頻整流二極管、RCD緩沖器電路中用600V～1.2kV的高速二極管以及PFC升壓用600V二極管等，只有使用快速恢復(fù)外延二極管(FRED)和超快速恢復(fù)二極管(UFRD)。

UFRD的反向恢復(fù)時(shí)間Trr也在20ns以上，根本不能滿足像空間站等領(lǐng)域用1MHz～3MHz的SMPS需要。即使是硬開關(guān)為100kHz的SMPS，由于UFRD的導(dǎo)通損耗和開關(guān)損耗均較大，殼溫很高，需用較大的散熱器，從而使SMPS體積和重量增加，不符合小型化和輕薄化的發(fā)展趨勢(shì)。因此，發(fā)展100V以上的高壓SBD，一直是人們研究的課題和關(guān)注的熱點(diǎn)。近幾年，SBD已取得了突破性的進(jìn)展，150V和 200V的高壓SBD已經(jīng)上市，使用新型材料制作的超過1kV的SBD也研制成功，從而為其應(yīng)用注入了新的生機(jī)與活力。

3肖特基二極管的缺點(diǎn)

肖特基二極管最大的缺點(diǎn)是其反向偏壓較低及反向漏電流偏大，像使用硅及金屬為材料的肖特基二極管，其反向偏壓額定耐壓最高只到50V，而反向漏電流值為正溫度特性，容易隨著溫度升高而急速變大，實(shí)物設(shè)計(jì)上需注意其熱失控的隱患。為了避免上述的問題，肖特基二極管實(shí)際使用時(shí)的反向偏壓都會(huì)比其額定值小很多。不過肖特基二極管的技術(shù)也已有了進(jìn)步，其反向偏壓的額定值最大可以到200V。

4肖特基二極管和普通二極管的區(qū)別

肖特基二極管的最大特點(diǎn)是正向壓降小，反向恢復(fù)時(shí)間短。肖特基二極管的開啟電壓低，電荷儲(chǔ)存效應(yīng)小，適于高頻工作。同樣的電流情況下，它的正向壓降要比普通二極管小許多。還具有損耗小、噪聲低、檢波靈敏度高、穩(wěn)定可靠等特點(diǎn)，在微波通信和雷達(dá)中用于混頻、檢波、調(diào)制、倍頻以及超高速開關(guān)、低噪聲放大等。

所以肖特基二極管與普通二極管最明顯的區(qū)別有以下幾點(diǎn)：

1、肖特基二極管正向?qū)▔航当绕胀ǘO管低，所以低功耗。

2、肖特基二極管反向恢復(fù)時(shí)間比普通二極管短，所以工作頻率更高。

3、肖特基二極管反向耐壓比普通二極管低，一般低于200V。

4、肖特基二極管比普通的二極管通過的電流強(qiáng)。

5、肖特基二極管比普通二極管的結(jié)電容小。

6、肖特基二極管可以通過高頻電流。