肖特基二極管是以其發(fā)明人肖特基博士(Schottky)命名的,是肖特基勢壘二極管(Schottky Barrier Diode,縮寫成SBD)的簡稱。
肖特基二極管原理及結(jié)構(gòu)
和其他的二極管比起來,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,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型基片和陽極金屬之間便形成肖特基勢壘,如圖所示。當(dāng)在肖特基勢壘兩端加上正向偏壓(陽極金屬接電源正極,N型基片接電源負(fù)極)時(shí),肖特基勢壘層變窄,其內(nèi)阻變??;反之,若在肖特基勢壘兩端加上反向偏壓時(shí),肖特基勢壘層則變寬,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。
肖特基二極管的封裝
肖特基二極管分為有引線和表面安裝(貼片式)兩種封裝形式。 采用有引線式封裝的肖特基二極管通常作為高頻大電流整流二極管、續(xù)流二極管或保護(hù)二極管使用。它有單管式和對(duì)管(雙二極管)式兩種封裝形式。肖特基對(duì)管又有共陰(兩管的負(fù)極相連)、共陽(兩管的正極相連)和串聯(lián)(一只二極管的正極接另一只二極管的負(fù)極)三種管腳引出方式。
采用表面封裝的肖特基二極管有單管型、雙管型和三管型等多種封裝形式,有A~19種管腳引出方式。
肖特基二極管的優(yōu)勢
SBD的主要優(yōu)點(diǎn)包括兩個(gè)方面:
1)由于肖特基勢壘高度低于PN結(jié)勢壘高度,故其正向?qū)ê驼驂航刀急萈N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。
肖特基二極管的缺點(diǎn)
肖特基二極體最大的缺點(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遽變大,實(shí)務(wù)設(shè)計(jì)上需注意其熱失控的隱憂。為了避免上述的問題,肖特基二極體實(shí)際使用時(shí)的反向偏壓都會(huì)比其額定值小很多。當(dāng)然,隨著工藝技術(shù)和肖特基二極管技術(shù)的進(jìn)步,其反向偏壓的額定值也再提高。
肖特基二極管的重要參數(shù)
肖特基二極管應(yīng)用廣泛,特別是在開關(guān)電源當(dāng)中。在不同的應(yīng)用中,需要考慮不同的因素,而且,不同的器件在性能上也有差別,因此,在選用肖特基二極管時(shí),下面這些參數(shù)需要綜合考慮。
1、導(dǎo)通壓降VF
VF為二極管正向?qū)〞r(shí)二極管兩端的壓降,當(dāng)通過二極管的電流越大,VF越大;當(dāng)二極管溫度越高時(shí),VF越小。
2、反向飽和漏電流IR
IR指在二極管兩端加入反向電壓時(shí),流過二極管的電流,肖特基二極管反向漏電流較大,選擇肖特基二極管是盡量選擇IR較小的二極管。
3、額定電流IF
指二極管長期運(yùn)行時(shí),根據(jù)允許溫升折算出來的平均電流值。
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