肖特基二極管是半導體器件,以其發明人博士(1886年7月23日—1976年3月4日)命名的,SBD是肖特基勢壘二極管
(SchottkyBarrierDiode,縮寫成SBD)的簡稱。
SBD不是利用P型半導體與N型半導體接觸形成PN結原理制作的,而是利用金屬與半導體接觸形成的金屬-半導體結原理制作的。
因此,SBD也稱為金屬-半導體(接觸)二極管或表面勢壘二極管,它是一種熱載流子二極管。
肖特基二極管是問世的低功耗、大電流、超高速半導體器件。其反向恢復時間極短(可以小到幾納秒),正向導通壓降僅0.4V左
右,而整流電流卻可達到幾千毫安。這些優良特性是快恢復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。
2 原理 編輯
肖特基二極管是貴金屬(金、銀、鋁、鉑等)A為正極,以N型半導體B為負極,利用二者接觸面上形成的勢壘具有整流特性而制
成的金屬-半導體器件。因為N型半導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中擴散。顯然,金屬A中沒有空穴,也就不存在空穴自A向B的擴散運動。隨著電子不斷從B擴散到A,B表面電子濃度逐漸降
低,表面電中性被破壞,于是就形成勢壘,其電場方向為B→A。但在該電場作用之下,A中的電子也會產生從A→B的漂移運動,
從而消弱了由于擴散運動而形成的電場。當建立起一定寬度的空間電荷區后,電場引起的電子漂移運動和濃度不同引起的電子擴
散運動達到相對的平衡,便形成了肖特基勢壘。
肖特基二極管工作原理
典型的肖特基整流管的內部電路結構是以N型半導體為基片,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)來消除邊緣區域的電場,提高管子的耐壓值。N型基片具有很小的通態電阻,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。通過調整結構參數,N型基片和陽極金屬之間便形成肖
特基勢壘,如圖所示。當在肖特基勢壘兩端加上正向偏壓(陽極金屬接電源正極,N型基片接電源負極)時,肖特基勢壘層變窄,
其內阻變小;反之,若在肖特基勢壘兩端加上反向偏壓時,肖特基勢壘層則變寬,其內阻變大。
綜上所述,肖特基整流管的結構原理與PN結整流管有很大的區別通常將PN結整流管稱作結整流管,而把金屬-半導管整流管叫作肖
特基整流管,采用硅平面工藝制造的鋁硅肖特基二極管也已問世,這不僅可節省貴金屬,大幅度降低成本,還改善了參數的一致
性。
3 特點 編輯
SBD的主要優點包括兩個方面:
肖特基二極管
1)由于肖特基勢壘高度低于PN結勢壘高度,故其正向導通門限電壓和正向壓降都比PN結二極管低(約低0.2V)。
2)由于SBD是一種多數載流子導電器件,不存在少數載流子壽命和反向恢復問題。SBD的反向恢復時間只是肖特基勢壘電容的充、
放電時間,完全不同于PN結二極管的反向恢復時間。由于SBD的反向恢復電荷非常少,故開關速度非常快,開關損耗也特別小,
尤其適合于高頻應用。
但是,由于SBD的反向勢壘較薄,并且在其表面極易發生擊穿,所以反向擊穿電壓比較低。由于SBD比PN結二極管更容易受熱擊
穿,反向漏電流比PN結二極管大。
4 優點
肖特基二極管
SBD具有開關頻率高和正向壓降低等優點,但其反向擊穿電壓比較低,大多不高于60V,最高僅約100V,以致于限制了其應用
范圍。像在開關電源(SMPS)和功率因數校正(PFC)電路中功率開關器件的續流二極管、變壓器次級用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,只有使用快速恢復外延二極管(FRED)
和超快速恢復二極管(UFRD)。UFRD的反向恢復時間Trr也在20ns以上,根本不能滿足像空間站等領域用1MHz~3MHz的SMPS
需要。即使是硬開關為100kHz的SMPS,由于UFRD的導通損耗和開關損耗均較大,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展趨勢。因此,發展100V以上的高壓SBD,一直是人們研究的課題和關注的熱點。
近幾年,SBD已取得了突破性的進展,150V和200V的高壓SBD已經上市,使用新型材料制作的超過1kV的SBD也研制成功,從
而為其應用注入了新的生機與活力。
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