普通硅二極管與肖特基二極管，究竟有何異同？

問(wèn)：普通硅二極管與肖特基二極管的異同？

答：兩種二極管都是單向?qū)щ?，可用于整流?chǎng)合。

區(qū)別是普通硅二極管的耐壓可以做得較高，但是它的恢復(fù)速度低，只能用在低頻的整流上，如果是高頻的就會(huì)因?yàn)闊o(wú)法快速恢復(fù)而發(fā)生反向漏電，最后導(dǎo)致管子嚴(yán)重發(fā)熱燒毀；肖特基二極管的耐壓能常較低，但是它的恢復(fù)速度快，可以用在高頻場(chǎng)合，故開(kāi)關(guān)電源采用此種二極管作為整流輸出用，盡管如此，開(kāi)關(guān)電源上的整流管溫度還是很高的。

肖特基二極管是以其發(fā)明人肖特基博士（Schottky）命名的，是肖特基勢(shì)壘二極管（Schottky Barrier Diode，縮寫(xiě)成SBD）的簡(jiǎn)稱。

和其他的二極管比起來(lái)，肖特基二極管有什么特別的呢？

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。

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(lái)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(guò)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?。环粗?，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。

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(wú)過(guò)剩少數(shù)載流子的積累，因此，不存在電荷儲(chǔ)存問(wèn)題（Qrr→0），使開(kāi)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(guò)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。

利用金屬與半導(dǎo)體接觸形成肖特基勢(shì)壘構(gòu)成的微波二極管稱為肖特基勢(shì)壘二極管。這種器件對(duì)外主要呈現(xiàn)非線性電阻特性是構(gòu)成微波混頻器、檢波器和微波開(kāi)關(guān)等的核心元件。

結(jié)構(gòu)：

肖特基勢(shì)壘二極管有兩種管芯結(jié)構(gòu)：點(diǎn)接觸型和面結(jié)合型，如下圖所示：

點(diǎn)接觸型管芯用一根金屬絲壓接在N型半導(dǎo)體外延層表面上形成金半接觸。面結(jié)合型管芯先要在N型半導(dǎo)體外延層表面上生成二氧化硅（SiO2）保護(hù)層，再用光刻的辦法腐蝕出一個(gè)小孔，暴露出N型半導(dǎo)體外延層表面，淀積一層金屬膜（一般采用金屬鉬或鈦，稱為勢(shì)壘金屬）形成金半接觸，再蒸鍍或電鍍一層金屬（金、銀等）構(gòu)成電極。

兩種管芯結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體一側(cè)都采用重?fù)诫sN+層作襯底，并在其上形成歐姆接觸的電極。面結(jié)合型管性能要優(yōu)于點(diǎn)接觸管。

主要原因在于：

（1）點(diǎn)接觸管表面不易清潔，針點(diǎn)壓力會(huì)造成半導(dǎo)體表面畸變。其接觸勢(shì)壘不是理想的肖特基勢(shì)壘受到機(jī)械震動(dòng)時(shí)還會(huì)產(chǎn)生顫抖噪聲。面結(jié)合型管金半接觸界面比較平整不暴露而較易清潔其接觸勢(shì)壘幾乎是理想的肖特基勢(shì)壘。

（2）不同的點(diǎn)接觸管在生產(chǎn)時(shí)壓接壓力不同，使得肖特基結(jié)的直徑不同。因此性能一致性差可靠性也差。面結(jié)合型管采用平面工藝，因此性能穩(wěn)定，一致性好，不易損壞。

圖中給出一種面結(jié)合型二極管的結(jié)構(gòu)圖和等效電路。從中可以看出各部分的結(jié)構(gòu)尺寸量級(jí)。通常這種管芯要進(jìn)行封裝才能方便地使用。肖特基勢(shì)壘二極管的典型封裝結(jié)構(gòu)可采用“炮彈”式、微帶式、SOT貼片式等如圖2-30所示：

問(wèn)：肖特基二極管與普通二極管從外觀上如何區(qū)分？肖特基二極管與普通二極管標(biāo)識(shí)有何區(qū)別？

答：除了型號(hào)，外形上一般沒(méi)什么區(qū)別，但可以測(cè)量正向壓降進(jìn)行區(qū)別，直接用數(shù)字萬(wàn)用表測(cè)（小電流）普通二極管在0.5V以上，肖特基二極管在0.3V以下，大電流時(shí)普通二極管在0.8V左右，肖特基二極管在0.5V以下；SR350 就是表示3A50V。另肖特基二極管耐壓一般在100V以下，沒(méi)有150V以上的。

什么是快恢復(fù)二極管？

快恢復(fù)二極管（簡(jiǎn)稱FRD）是一種具有開(kāi)關(guān)特性好、反向恢復(fù)時(shí)間短特點(diǎn)的半導(dǎo)體二極管，主要應(yīng)用于開(kāi)關(guān)電源、PWM脈寬調(diào)制器、變頻器等電子電路中，作為高頻整流二極管、續(xù)流二極管或阻尼二極管使用。

快恢復(fù)二極管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)：

與普通PN結(jié)二極管不同，它屬于PIN結(jié)型二極管，即在P型硅材料與N型硅材料中間增加了基區(qū)I，構(gòu)成PIN硅片。因基區(qū)很薄，反向恢復(fù)電荷很小，所以快恢復(fù)二極管的反向恢復(fù)時(shí)間較短，正向壓降較低，反向擊穿電壓（耐壓值）較高

通常，5~20A的快恢復(fù)二極管管采用TO–220FP塑料封裝，20A以上的大功率快恢復(fù)二極管采用頂部帶金屬散熱片的TO–3P塑料封裝，5A以下的快恢復(fù)二極管則采用DO–41、DO–15或DO–27等規(guī)格塑料封裝。

采用TO–220或TO–3P封裝的大功率快恢復(fù)二極管，有單管和雙管之分。雙管的管腳引出方式又分為共陽(yáng)和共陰。

性能特點(diǎn)：

（1）反向恢復(fù)時(shí)間
反向恢復(fù)時(shí)間tr的定義是：電流通過(guò)零點(diǎn)由正向轉(zhuǎn)換到規(guī)定低值的時(shí)間間隔。它是衡量高頻續(xù)流及整流器件性能的重要技術(shù)指標(biāo)。反向恢復(fù)電流的波形如圖1所示。IF為正向電流，IRM為最大反向恢復(fù)電流。Irr為反向恢復(fù)電流，通常規(guī)定Irr=0.1IRM。當(dāng)t≤t0時(shí)，正向電流I=IF。當(dāng)t＞t0時(shí)，由于整流器件上的正向電壓突然變成反向電壓，因此正向電流迅速降低，在t=t1時(shí)刻，I=0。然后整流器件上流過(guò)反向電流IR，并且IR逐漸增大；在t=t2時(shí)刻達(dá)到最大反向恢復(fù)電流IRM值。此后受正向電壓的作用，反向電流逐漸減小，并在t=t3時(shí)刻達(dá)到規(guī)定值Irr。從t2到t3的反向恢復(fù)過(guò)程與電容器放電過(guò)程有相似之處。

（2）快恢復(fù)、超快恢復(fù)二極管的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
快恢復(fù)二極管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與普通二極管不同，它是在P型、N型硅材料中間增加了基區(qū)I，構(gòu)成P-I-N硅片。由于基區(qū)很薄，反向恢復(fù)電荷很小，不僅大大減小了trr值，還降低了瞬態(tài)正向壓降，使管子能承受很高的反向工作電壓?？旎謴?fù)二極管的反向恢復(fù)時(shí)間一般為幾百納秒，正向壓降約為0.6V，正向電流是幾安培至幾千安培，反向峰值電壓可達(dá)幾百到幾千伏。超快恢復(fù)二極管的反向恢復(fù)電荷進(jìn)一步減小，使其trr可低至幾十納秒。

20A以下的快恢復(fù)及超快恢復(fù)二極管大多采用TO-220封裝形式。從內(nèi)部結(jié)構(gòu)看，可分成單管、對(duì)管（亦稱雙管）兩種。對(duì)管內(nèi)部包含兩只快恢復(fù)二極管，根據(jù)兩只二極管接法的不同，又有共陰對(duì)管、共陽(yáng)對(duì)管之分。圖2(a)是C20-04型快恢復(fù)二極管（單管）的外形及內(nèi)部結(jié)構(gòu)。(b)圖和(c)圖分別是C92-02型（共陰對(duì)管）、MUR1680A型（共陽(yáng)對(duì)管）超快恢復(fù)二極管的外形與構(gòu)造。它們均采用TO-220塑料封裝，幾十安的快恢復(fù)二極管一般采用TO-3P金屬殼封裝。更大容量（幾百安～幾千安）的管子則采用螺栓型或平板型封裝形式。
問(wèn)：肖特基二極管和快恢復(fù)二極管又什么區(qū)別？

答：快恢復(fù)二極管是指反向恢復(fù)時(shí)間很短的二極管（5us以下），工藝上多采用摻金措施，結(jié)構(gòu)上有采用PN結(jié)型結(jié)構(gòu)，有的采用改進(jìn)的PIN結(jié)構(gòu)。其正向壓降高于普通二極管（1-2V），反向耐壓多在1200V以下。從性能上可分為快恢復(fù)和超快恢復(fù)兩個(gè)等級(jí)。前者反向恢復(fù)時(shí)間為數(shù)百納秒或更長(zhǎng)，后者則在100納秒以下。

肖特基二極管是以金屬和半導(dǎo)體接觸形成的勢(shì)壘為基礎(chǔ)的二極管，簡(jiǎn)稱肖特基二極管(Schottky Barrier Diode），具有正向壓降低（0.4--0.5V）、反向恢復(fù)時(shí)間很短（10-40納秒），而且反向漏電流較大，耐壓低，一般低于150V，多用于低電壓場(chǎng)合。

這兩種管子通常用于開(kāi)關(guān)電源。

肖特基二極管和快恢復(fù)二極管區(qū)別：前者的恢復(fù)時(shí)間比后者小一百倍左右，前者的反向恢復(fù)時(shí)間大約為幾納秒。

前者的優(yōu)點(diǎn)還有低功耗，大電流，超高速；電氣特性當(dāng)然都是二極管。

快恢復(fù)二極管在制造工藝上采用摻金，單純的擴(kuò)散等工藝，可獲得較高的開(kāi)關(guān)速度，同時(shí)也能得到較高的耐壓。目前，快恢復(fù)二極管主要應(yīng)用在逆變電源中做整流元件。

肖特基二極管：反向耐壓值較低40V-50V，通態(tài)壓降0.3-0.6V，小于10nS的反向恢復(fù)時(shí)間。它是具有肖特基特性的“金屬半導(dǎo)體結(jié)”的二極管。其正向起始電壓較低。其金屬層除材料外，還可以采用金、鉬、鎳、鈦等材料。其半導(dǎo)體材料采用硅或砷化鎵，多為N型半導(dǎo)體。這種器件是由多數(shù)載流子導(dǎo)電的，所以，其反向飽和電流較以少數(shù)載流子導(dǎo)電的PN結(jié)大得多。由于肖特基二極管中少數(shù)載流子的存貯效應(yīng)甚微，所以其頻率響僅為RC時(shí)間常數(shù)限制，因而，它是高頻和快速開(kāi)關(guān)的理想器件。其工作頻率可達(dá)100GHz。并且，MIS（金屬－絕緣體－半導(dǎo)體）肖特基二極管可以用來(lái)制作太陽(yáng)能電池或發(fā)光二極管。

快恢復(fù)二極管：有0.8-1.1V的正向?qū)▔航担?5-85nS的反向恢復(fù)時(shí)間，在導(dǎo)通和截止之間迅速轉(zhuǎn)換，提高了器件的使用頻率并改善了波形?？旎謴?fù)二極管在制造工藝上采用摻金,單純的擴(kuò)散等工藝,可獲得較高的開(kāi)關(guān)速度,同時(shí)也能得到較高的耐壓.目前快恢復(fù)二極管主要應(yīng)用在逆變電源中做整流元件。

快速恢復(fù)二極管，顧名思義，是比普通二極管PN結(jié)的單向?qū)ㄩy門(mén)恢復(fù)快的二極管！用途也很廣。

問(wèn)：肖特基二極管的主要應(yīng)用場(chǎng)景是什么？

雖然肖特基二極管已經(jīng)上市有幾十年了，新的發(fā)展和產(chǎn)品卻不斷增強(qiáng)了它的特性并擴(kuò)展了應(yīng)用的可能性。除了太陽(yáng)能電池板和汽車(chē)，它們現(xiàn)在也被用于筆記本電腦、智能手機(jī)和平板電腦的電池充電器。但是，哪些肖特基二極管適合于何種用途呢？

肖特基二極管主要用于以下兩個(gè)領(lǐng)域：

（1）整流，換句話說(shuō)，在開(kāi)關(guān)電源（開(kāi)關(guān)模式電源，SMPS）或電源整流器內(nèi)部的交流至直流轉(zhuǎn)換，以及直流電壓轉(zhuǎn)換。

（2）阻止直流電流和相反極性的直流的反向流動(dòng)，例如當(dāng)電池插入不正確時(shí)。

由于其較高的開(kāi)關(guān)速度，肖特基二極管主要用于高達(dá)微波范圍的高頻應(yīng)用。這也是由于它們的低飽和能力。因此，它們通常在開(kāi)關(guān)電源中以續(xù)流二極管或整流器二極管的形式用作降低感應(yīng)電壓的保護(hù)二極管，還可用作檢測(cè)電路的解調(diào)器。

問(wèn)：為什么有的二極管是三個(gè)管教？

有些用于全波整流的二極管外形象三極管，是兩個(gè)二極管反向聯(lián)接（負(fù)極并在一起）封裝的，一般中間為負(fù)極，是為節(jié)約地方，使電路板更緊蔟。

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