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。