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肖特基二極管的作用 - 全文

2012年09月07日 14:29 本站整理 作者:秩名 用戶評(píng)論(0

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。
肖特基二極管是近年來問世的低功耗、大電流、超高速半導(dǎo)體器件。其反向恢復(fù)時(shí)間極短(可以小到幾納秒),正向?qū)▔航祪H0.4V左右,而整流電流卻可達(dá)到幾千毫安。這些優(yōu)良特性是快恢復(fù)二極管所無法比擬的。中、小功率肖特基整流二極管大多采用封裝形式。

肖特基二極管原理
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多屬-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表面電子濃度表面逐漸降輕工業(yè)部,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。陽極(阻檔層)金屬材料是鉬。二氧化硅(SiO2)用來消除邊緣區(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),可在基片與陽極金屬之間形成合適的肖特基勢(shì)壘,當(dāng)加上正偏壓E時(shí),金屬A和N型基片B分別接電源的正、負(fù)極,此時(shí)勢(shì)壘寬度Wo變窄。加負(fù)偏壓-E時(shí),勢(shì)壘寬度就增加。
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,近年來,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。
肖特基整流管僅用一種載流子(電子)輸送電荷,在勢(shì)壘外側(cè)無過剩少數(shù)載流子的積累,因此,不存在電荷儲(chǔ)存問題(Qrr→0),使開關(guān)特性獲得時(shí)顯改善。其反向恢復(fù)時(shí)間已能縮短到10ns以內(nèi)。但它的反向耐壓值較低,一般不超過去時(shí)100V。因此適宜在低壓、大電流情況下工作。利用其低壓降這特點(diǎn),能提高低壓、大電流整流(或續(xù)流)電路的效率。

肖特基二極管作用
肖特基(Schottky)二極管,又稱肖特基勢(shì)壘二極管(簡(jiǎn)稱 SBD),它屬一種低功耗、超高速半導(dǎo)體器件。最顯著的特點(diǎn)為反向恢復(fù)時(shí)間極短(可以小到幾納秒),正向?qū)▔航祪H0.4V左右。其多用作高頻、低壓、大電流整流二極管、續(xù)流二極管、保護(hù)二極管,也有用在微波通信等電路中作整流二極管、小信號(hào)檢波二極管使用。在通信電源、變頻器等中比較常見。
一個(gè)典型的應(yīng)用,是在雙極型晶體管 BJT 的開關(guān)電路里面, 通過在 BJT 上連接 Shockley 二極管來箝位,使得晶體管在導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)其實(shí)處于很接近截止?fàn)顟B(tài),從而提高晶體管的開關(guān)速度。這種方法是 74LS,74ALS,74AS 等典型數(shù)字 IC 的 TTL內(nèi)部電路中使用的技術(shù)。
肖特基(Schottky)二極管的最大特點(diǎn)是正向壓降 VF 比較小。在同樣電流的情況下,它的正向壓降要小許多。另外它的恢復(fù)時(shí)間短。它也有一些缺點(diǎn):耐壓比較低,漏電流稍大些。選用時(shí)要全面考慮。
肖特基二極管一般用在電源次級(jí)輸出整流上面。
作用還是整流,其優(yōu)勢(shì)是正向壓降低,反向恢復(fù)時(shí)間快,所以整體損耗會(huì)比其他的二極管低很多。
B5819W為集電極電流1A 基極電壓40V的貼片肖特基管,1N5819為參數(shù)相同的插件式肖特基管,兩個(gè)管只是封裝不同。簡(jiǎn)單來說就是一個(gè)是貼片的 一個(gè)是插接件式的。

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)。目前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)。
SBD的主要優(yōu)點(diǎn)包括兩個(gè)方面:
  1)由于肖特基勢(shì)壘高度低于PN結(jié)勢(shì)壘高度,故其正向?qū)ㄩT限電壓和正向壓降都比PN結(jié)二極管低(約低0.2V)。
  2)由于SBD是一種多數(shù)載流子導(dǎo)電器件,不存在少數(shù)載流子壽命和反向恢復(fù)問題。SBD的反向恢復(fù)時(shí)間只是肖特基勢(shì)壘電容的充、放電時(shí)間,完全不同于PN結(jié)二極管的反向恢復(fù)時(shí)間。由于SBD的反向恢復(fù)電荷非常少,故開關(guān)速度非???,開關(guān)損耗也特別小,尤其適合于高頻應(yīng)用。
  但是,由于SBD的反向勢(shì)壘較薄,并且在其表面極易發(fā)生擊穿,所以反向擊穿電壓比較低。由于SBD比PN結(jié)二極管更容易受熱擊穿,反向漏電流比PN結(jié)二極管大。


常用肖特基二極管型號(hào):
常用的有引線式肖特基二極管有D80-004、B82-004、MBR1545、MBR2535等型號(hào),各管的主要參數(shù)見表4-43。

常用的表面封裝肖特基二極管有FB系列,其主要參數(shù)見表4-44。

肖特基二極管
F5KQ100
30CPQ140
30CPQ100
30CPQ090
30CPQ060
30CPQ045
MBRS260T3G
MBRS130T3G
MBRS320T3G
MBRS340T3G
MBRS140T3G
MBRS240LT3
MBRS230LT3
MBRS2040LT
MBR20100
MBR3045
MBR2545
MBR2045
MBR1545
MBR1045
MBR745
MBR3100
MBR360
DSC01232
SB3040
IN5817
IN5819
IN5818
IN5822
HER107
HER207
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