肖特基二极管 Schottky diode
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Xiɑoteji erjiguɑn
肖特基二极管(卷名:电工)
Schottky diode
利用金属和半导体之间形成肖特基结的原理制造的二极管。肖特基结指金属和半导体接触时,在半导体内形成的位垒。这一位垒产生的原因是金属和半导体的功函 数不同,二者接触即产生电位差。另外,半导体的表面态对肖特基结也有重要影响。通常,制造肖特基二级管的材料是半导体硅或砷化镓,金属铅、金或铂等。砷化 镓比硅好,因为它有更高的电子迁移率。和PN结二级管相比,肖特基二级管导通时的正向电压降较低(典型值为0.3伏),但是,反向特性一般不如PN 结二极管好(见图)。由于肖特基结正向导通时没有非平衡载流子的储存效应,不积累电荷,肖特基二极管能在很高的频率(例如微波波段)下工作。大容量肖特基 二极管应用于各种高频电力电子电路。
马鹤亭
1.结构原理
肖特基二极管是 贵金属(金、银、铝、铂等)A为正极,以N型半导体B为负极,利用二者接触面上形成的势垒具有整流特性而制成的多属-半导体器件。因为N型半导体中存在着 大量的电子,贵金属中仅有极少量的自由电子,所以电子便从浓度高的B中向浓度低的A中扩散。显然,金属A中没有空穴,也就不存在空穴自A向B的扩散运动。 随着电子不断从B扩散到A,B表面电子浓度表面逐渐降轻工业部,表面电中性被破坏,于是就形成势垒,其电场方向为B→A。但在该电场作用之下,A中的电子 也会产生从A→B的漂移运动,从而消弱了由于扩散运动而形成的电场。当建立起一定宽度的空间电荷区后,电场引起的电子漂移运动和浓度不同引起的电子扩散运 动达到相对的平衡,便形成了肖特基势垒。
典型的肖特基整流管的内部电路结构如图1所示。它是以N型半导体为基片,在上面形成用砷作掺杂剂的N-外延层。阳极(阻档层)金属材料是钼。二氧化硅(SiO2)用来消除边缘区域的电场,提高管子的耐压值。N型基片具有很小的通态电阻,其掺杂浓度较H-层要高100%倍。在基片下边形成N+阴极层,其作用是减小阴极的接触电阻。通过调整结构参数,可在基片与阳极金属之间形成合适的肖特基势垒,当加上正偏压E时,金属A和N型基片B分别接电源的正、负极,此时势垒宽度Wo变窄。加负偏压-E时,势垒宽度就增加,见图2。
综上所述,肖特基整流管的结构原理与PN结整流管有很大的区别通常将PN结整流管称作结整流管,而把金属-半导管整流管叫作肖特基整流管,近年来,采用硅平面工艺制造的铝硅肖特基二极管也已问世,这不仅可节省贵金属,大幅度降低成本,还改善了参数的一致性。
肖特基整流管仅用一种载流子(电子)输送电荷,在势垒外侧无过剩少数载流子的积累,因此,不存在电荷储存问题(Qrr→0),使开关特性获得时显改善。其反向恢复时间已能缩短到10ns以内。但它的反向耐压值较低,一般不超过去时100V。因此适宜在低压、大电流情况下工作。利用其低压降这特点,能提高低压、大电流整流(或续流)电路的效率 。
2.性能比较
表1列出了肖特基二极管现超快恢复二极管、快恢复二极管、硅高频整流二极管、硅高速开关二极管的性能比较。由表可见,硅高速开关二极管的trr虽极低,但平均整流电流很小,不能作大电流整流用。
肖特基二极管
肖特基势垒二极管SBD(SchottkyBarrierDiode,简称肖特基二极管)是近年来间世的低功耗、大电 流、超高速半导体器件。其反向恢复时间极短(可以小到几纳秒),正向导通压降仅0.4V左右,而整流电流却可达到几千安培。这些优良特性是快恢复二极管所 无法比拟的。中、小功率肖特基整流二极管大多采用封装形式。
一、肖特基二极管原理
肖特基二极管是贵金属(金、银、铝、铂等)A为正极,以N型半导体B为负极,利用二者接触面上形成的势垒具有整流特性而制成的多属-半导体器件。因 为N型半导体中存在着大量的电子,贵金属中仅有极少量的自由电子,所以电子便从浓度高的B中向浓度低的A中扩散。显然,金属A中没有空穴,也就不存在空穴 自A向B的扩散运动。随着电子不断从B扩散到A,B表面电子浓度表面逐渐降轻工业部,表面电中性被破坏,于是就形成势垒,其电场方向为B→A。但在该电场 作用之下,A中的电子也会产生从A→B的漂移运动,从而消弱了由于扩散运动而形成的电场。当建立起一定宽度的空间电荷区后,电场引起的电子漂移运动和浓度 不同引起的电子扩散运动达到相对的平衡,便形成了肖特基势垒。
典型的肖特基整流管的内部电路结构是以N型半导体为基片,在上面形成用砷作掺杂剂的N-外延层。阳极(阻档层)金属材料是钼。二氧化硅(SiO2) 用来消除边缘区域的电场,提高管子的耐压值。N型基片具有很小的通态电阻,其掺杂浓度较H-层要高100%倍。在基片下边形成N+阴极层,其作用是减小阴 极的接触电阻。通过调整结构参数,可在基片与阳极金属之间形成合适的肖特基势垒,当加上正偏压E时,金属A和N型基片B分别接电源的正、负极,此时势垒宽 度Wo变窄。加负偏压-E时,势垒宽度就增加。
综上所述,肖特基整流管的结构原理与PN结整流管有很大的区别通常将PN结整流管称作结整流管,而把金属-半导管整流管叫作肖特基整流管,近年来,采用硅平面工艺制造的铝硅肖特基二极管也已问世,这不仅可节省贵金属,大幅度降低成本,还改善了参数的一致性。
肖特基整流管仅用一种载流子(电子)输送电荷,在势垒外侧无过剩少数载流子的积累,因此,不存在电荷储存问题(Qrr→0),使开关特性获得时显改 善。其反向恢复时间已能缩短到10ns以内。但它的反向耐压值较低,一般不超过去时100V。因此适宜在低压、大电流情况下工作。利用其低压降这特点,能 提高低压、大电流整流(或续流)电路的效率。
二、肖特基二极管的结构
肖特基二极管在结构原理上与PN结二极管有很大区别,它的内部是由阳极金属(用钼或铝等材料制成的阻挡层)、二氧化硅(SiO2)电场消除材料、N -外延层(砷材料)、N型硅基片、N+阴极层及阴极金属等构成,如图4-44所示。在N型基片和阳极金属之间形成肖特基势垒。当在肖特基势垒两端加上正向 偏压(阳极金属接电源正极,N型基片接电源负极)时,肖特基势垒层变窄,其内阻变小;反之,若在肖特基势垒两端加上反向偏压时,肖特基势垒层则变宽,其内 阻变大。
肖特基二极管分为有引线和表面安装(贴片式)两种封装形式。
采用有引线式封装的肖特基二极管通常作为高频大电流整流二极管、续流二极管或保护二极管使用。它有单管式和对管(双二极管)式两种封装形式,如图4-45所示。
肖特基对管又有共阴(两管的负极相连)、共阳(两管的正极相连)和串联(一只二极管的正极接另一只二极管的负极)三种管脚引出方式,见图4-45。
采用表面封装的肖特基二极管有单管型、双管型和三管型等多种封装形式。
三、肖特基二极管的检测
肖特基(Schottky)二极管也称肖特基势垒二极管(简称SBD),它是一种低功耗、超高速半导体器件,广泛应用于开关电源、变频器、驱动器等 电路,作高频、低压、大电流整流二极管、续流二极管、保护二极管使用,或在微波通信等电路中作整流二极管、小信号检波二极管使用。
1.性能比较
肖特基二极管现超快恢复二极管、快恢复二极管、硅高频整流二极管、硅高速开关二极管的性能比较。由表可见,硅高速开关二极管的trr虽极低,但平均整流电流很小,不能作大电流整流用。
2.检测方法
下面通过一个实例来介绍检测肖特基二极管的方法。检测内容包括:①识别电极;②检查管子的单向导电性;③测正向导压降VF;④测量反向击穿电压VBR。
被测管为B82-004型肖特基管,共有三个管脚,外形如图4所示,将管脚按照从左至右顺序编上序号①、②、③。选择500型万用表的R×1档进行测量。
测试结论:
第一,根据①�②、③�④间均可测出正向电阻,判定被测管为共阴对管,①、③脚为两个阳极,②脚为公共阴极。
第二,因①�②、③�②之间的正向电阻只几欧姆,而反向电阻为无穷大,故具有单向导电性。
第三,内部两只肖特基二极管的正向导通压降分别为0.315V、0.33V,均低于手册中给定的最大允许值VFM(0.55V)。
另外使用ZC25-3型兆欧表和500型万用表的250VDC档测出,内部两管的反向击穿电压VBR依次为140V、135V。查手册,B82-004的最高反向工作电压(即反向峰值电压)VBR=40V。表明留有较高的安全系数.
四、常用的肖特基二极管主要参数
常用的有引线式肖特基二极管有D80-004、B82-004、MBR1545、MBR2535等型号,各管的主要参数见表4-43。
常用的表面封装肖特基二极管有FB系列,其主要参数见表4-44。