肖特基二極管構(gòu)造符號(hào)及特性說(shuō)明

肖特基二極管是一種金屬 - 半導(dǎo)體二極管，具有低正向壓降和非?？斓拈_(kāi)關(guān)速度

肖特基二極管是另一種類型的半導(dǎo)體二極管但其優(yōu)勢(shì)在于它們的正向壓降遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)硅pn結(jié)二極管的正向壓降。

肖特基二極管具有許多有用的應(yīng)用，包括整流，信號(hào)調(diào)理和開(kāi)關(guān)通過(guò)TTL和CMOS邏輯門(mén)主要是由于它們的低功耗和快速的開(kāi)關(guān)速度。 TTL肖特基邏輯門(mén)由出現(xiàn)在其邏輯門(mén)電路代碼中某處的字母LS標(biāo)識(shí)，例如， 74LS00。

PN結(jié)二極管通過(guò)將p型和n型半導(dǎo)體材料連接在一起形成，使其可用作整流器件，我們已經(jīng)看到當(dāng)正向偏置時(shí)耗盡區(qū)域大大減少，允許電流在正向流過(guò)它，當(dāng)反向偏置時(shí)，耗盡區(qū)域阻塞電流增加。

動(dòng)作使用外部電壓偏置pn結(jié)以使其正向或反向偏置，分別減小或增加結(jié)勢(shì)壘的電阻。因此，典型的pn結(jié)二極管的電壓 - 電流關(guān)系（特性曲線）受結(jié)的電阻值的影響。請(qǐng)記住，pn結(jié)二極管是非線性器件，因此其直流電阻會(huì)隨著偏置電壓和通過(guò)它的電流而變化。

正向偏置時(shí)，通過(guò)結(jié)的導(dǎo)通直到外部偏置才開(kāi)始電壓達(dá)到“拐點(diǎn)電壓”，此時(shí)電流迅速增加;對(duì)于硅二極管，正向?qū)ㄋ璧碾妷杭s為0.65至0.7伏，如圖所示。

PN結(jié)二極管IV特性

對(duì)于實(shí)際的硅結(jié)二極管，這種拐點(diǎn)電壓可以在0.6到0.9伏特之間，具體取決于它的摻雜方式在制造期間，以及該器件是小信號(hào)二極管還是更大的整流二極管。標(biāo)準(zhǔn)鍺二極管的拐點(diǎn)電壓低約0.3伏，因此更適合小信號(hào)應(yīng)用。

但還有另一種類型的整流二極管具有小的拐點(diǎn)電壓以及稱為肖特基勢(shì)壘二極管的快速開(kāi)關(guān)速度，或者僅僅是“肖特基二極管”。肖特基二極管可用于許多與傳統(tǒng)pn結(jié)二極管相同的應(yīng)用，并具有許多不同的用途，特別是在數(shù)字邏輯，可再生能源和太陽(yáng)能電池板應(yīng)用中。

肖特基二極管

與由一片P型材料和一片N型材料形成的傳統(tǒng)pn結(jié)二極管不同，肖特基二極管使用結(jié)合到N型半導(dǎo)體的金屬電極構(gòu)造。由于它們是在其結(jié)的一側(cè)使用金屬化合物并且在另一側(cè)使用摻雜的硅構(gòu)造的，因此肖特基二極管沒(méi)有耗盡層并且被歸類為單極器件，這與作為雙極器件的典型pn結(jié)二極管不同。

用于肖特基二極管結(jié)構(gòu)的最常見(jiàn)的接觸金屬是“硅化物”，它是一種高導(dǎo)電硅和金屬化合物。該硅化物金屬 - 硅接觸具有相當(dāng)?shù)偷臍W姆電阻值，允許更多的電流流動(dòng)，從而在導(dǎo)電時(shí)產(chǎn)生大約<ΔV| <0.4V 的正向電壓降。不同的金屬化合物會(huì)產(chǎn)生不同的正向壓降，通常在0.3到0.5伏之間。

肖特基二極管構(gòu)造和符號(hào)

上面顯示了肖特基二極管的簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)和符號(hào)，其中輕摻雜的n型硅半導(dǎo)體與金屬電極連接以產(chǎn)生所謂的“金屬 - 半導(dǎo)體結(jié)”。 ms結(jié)的寬度取決于所使用的金屬和半導(dǎo)體材料的類型，但是當(dāng)正向偏置時(shí)，電子從n型材料移動(dòng)到金屬電極，允許電流流動(dòng)。因此，通過(guò)肖特基二極管的電流是多數(shù)載流子漂移的結(jié)果。

由于沒(méi)有p型半導(dǎo)體材料，因此沒(méi)有少數(shù)載流子（空穴），當(dāng)反向偏置時(shí)，二極管導(dǎo)通非常與傳統(tǒng)的pn結(jié)二極管一樣，快速地改變阻斷電流。因此，對(duì)于肖特基二極管，可以非?？焖俚仨憫?yīng)偏置變化并演示整流二極管的特性。

如前所述，肖特基二極管導(dǎo)通并開(kāi)始導(dǎo)通時(shí)的拐點(diǎn)電壓電壓水平低于其pn結(jié)等效電壓，如下列IV特性所示。

肖特基二極管IV特性

正如我們所看到的，金屬半導(dǎo)體肖特基二極管IV特性的一般形狀與標(biāo)準(zhǔn)pn結(jié)二極管非常相似，除了拐角或拐點(diǎn)電壓ms-junction二極管開(kāi)始導(dǎo)通電壓低得多，約為0.4伏。

由于這個(gè)較低的值，硅肖特基二極管的正向電流可能比典型的pn結(jié)的正向電流大很多倍。二極管，取決于所用的金屬電極。請(qǐng)記住，歐姆定律告訴我們功率等于伏特乘以安培數(shù)（P = V * I），因此對(duì)于給定的二極管電流， I D 會(huì)產(chǎn)生較小的正向壓降這種較低的功率損耗使得肖特基二極管成為低壓和大電流應(yīng)用的理想選擇，例如正向電壓的太陽(yáng)能光伏電池板，這種低功率損耗使其成為低壓和高電流應(yīng)用的理想選擇。

，（ V F ）在標(biāo)準(zhǔn)pn結(jié)二極管上下降會(huì)產(chǎn)生過(guò)熱效應(yīng)。但是，必須注意的是，肖特基二極管的反向漏電流（ I R ）通常遠(yuǎn)大于pn結(jié)二極管。

但請(qǐng)注意，如果IV特性曲線顯示更線性的非整流特性，則它是歐姆接觸。歐姆接觸通常用于將半導(dǎo)體晶片和芯片與外部連接引腳或系統(tǒng)的電路連接。例如，將典型邏輯門(mén)的半導(dǎo)體晶圓連接到其塑料雙列直插（DIL）封裝的引腳。

同樣由于肖特基二極管采用金屬對(duì)半導(dǎo)體制造結(jié)，它往往比具有類似電壓和電流規(guī)格的標(biāo)準(zhǔn)pn結(jié)硅二極管略貴。例如，1.0安培1N58xx肖特基系列與通用1N400x系列相比。

邏輯門(mén)中的肖特基二極管

肖特基二極管在數(shù)字電路中也有很多用途，并且被廣泛使用在肖特基晶體管 - 晶體管邏輯（TTL）數(shù)字邏輯門(mén)和電路中，由于其更高的頻率響應(yīng)，更短的開(kāi)關(guān)時(shí)間和更低的功耗。在需要高速開(kāi)關(guān)的地方，基于肖特基的TTL是顯而易見(jiàn)的選擇。

不同版本的肖特基TTL都具有不同的速度和功耗。在其結(jié)構(gòu)中使用肖特基二極管的三個(gè)主要TTL邏輯系列如下：

肖特基二極管鉗位TTL（S系列） -Schottky “S”系列TTL（74SXX）是原始二極管 - 晶體管DTL和晶體管 - 晶體管74系列TTL邏輯門(mén)和電路的改進(jìn)版本。肖特基二極管放置在開(kāi)關(guān)晶體管的基極 - 集電極結(jié)點(diǎn)上，以防止它們飽和并產(chǎn)生傳播延遲，從而實(shí)現(xiàn)更快的操作。

低功耗肖特基（LS系列） - 74LSXX系列TTL的晶體管開(kāi)關(guān)速度，穩(wěn)定性和功耗優(yōu)于之前的74SXX系列。除了更高的開(kāi)關(guān)速度外，低功耗肖特基TTL系列功耗更低，使74LSXX TTL系列成為許多應(yīng)用的理想選擇。

高級(jí)低功耗肖特基（ALS系列） - 用于制造二極管ms結(jié)的材料的進(jìn)一步改進(jìn)意味著與74ALSXX和74LS系列相比，74LSXX系列具有更短的傳播延遲時(shí)間和更低的功耗。然而，作為一種新技術(shù)，內(nèi)部設(shè)計(jì)比標(biāo)準(zhǔn)TTL更復(fù)雜，ALS系列稍貴一些。

肖特基鉗位晶體管

所有以前的肖特基TTL柵極和電路都使用肖特基鉗位晶體管來(lái)防止它們被硬驅(qū)動(dòng)到飽和狀態(tài)。

如圖所示，肖特基鉗位晶體管基本上是標(biāo)準(zhǔn)雙極結(jié)型晶體管，其肖特基二極管并聯(lián)連接在其基極 - 集電極結(jié)上。

當(dāng)晶體管在其特性曲線的有源區(qū)正常導(dǎo)通時(shí)，基極 - 集電極結(jié)是反向偏置的，因此二極管反向偏置，允許晶體管作為普通的npn晶體管工作。然而，當(dāng)晶體管開(kāi)始飽和時(shí)，肖特基二極管變?yōu)檎蚱?，并將集電極 - 基極結(jié)鉗位至其0.4伏的拐點(diǎn)值，使晶體管不會(huì)出現(xiàn)硬飽和狀態(tài)，因?yàn)槿魏芜^(guò)量的基極電流都會(huì)通過(guò)二極管分流。

防止邏輯電路開(kāi)關(guān)晶體管飽和會(huì)大大降低傳導(dǎo)延遲時(shí)間，使肖特基TTL電路成為觸發(fā)器，振蕩器和存儲(chǔ)器芯片的理想選擇。

肖特基二極管概述

我們?cè)谶@里看到肖特基二極管也稱為肖特基勢(shì)壘二極管是一種固態(tài)半導(dǎo)體二極管，其中金屬電極和n型半導(dǎo)體形成二極管ms-junction比傳統(tǒng)的pn結(jié)二極管具有兩大優(yōu)勢(shì)，更快的開(kāi)關(guān)速度和更低的正向偏置電壓。

金屬對(duì)半導(dǎo)體或ms結(jié)的性能要低得多膝部電壓通常為0.3至0.4伏特，而0.6至0的值。在標(biāo)準(zhǔn)硅基pn結(jié)二極管中看到9伏電壓，用于相同的正向電流值。用于構(gòu)造的金屬和半導(dǎo)體材料的變化意味著碳化硅（SiC）肖特基二極管能夠在正向壓降低至0.2伏的情況下“導(dǎo)通”，肖特基二極管取代了許多用于較少使用的鍺二極管需要低膝電壓的應(yīng)用。

肖特基二極管正在迅速成為低壓，大電流應(yīng)用中首選的整流器件，用于可再生能源和太陽(yáng)能電池板應(yīng)用。然而，與pn結(jié)等效相比，肖特基二極管的反向漏電流更大，反向擊穿電壓更低，約為50伏。

較低的導(dǎo)通電壓，更快的開(kāi)關(guān)時(shí)間和更低的功耗使得肖特基二極管在許多集成電路應(yīng)用中非常有用，74LSXX TTL系列邏輯門(mén)是最常見(jiàn)的。

金屬 - 半導(dǎo)體結(jié)也可以作為“歐姆接觸”以及整流二極管工作將金屬電極沉積在重?fù)诫s（因而低電阻率）的半導(dǎo)體區(qū)域上。歐姆接觸在兩個(gè)方向上均等地傳導(dǎo)電流，允許半導(dǎo)體晶片和電路連接到外部端子。