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肖特基二極管
來源：作者：日期：2017-12-16 14:48:35點(diǎn)擊：8456次
肖特基二(Schottky)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。
| 中文名 | 外文名 | 發(fā)明人 | 簡(jiǎn)稱 |
| 肖特基二極管 | SchottkyBarrierDiode | 肖特基博士 | SBD |
目錄
1、肖特基二極管的作用
2、肖特基二極管的結(jié)構(gòu)
3、肖特基二極管的原理
4、穩(wěn)壓二極管與肖特基二極管的區(qū)別
5、肖特基二極管的檢測(cè)
6、肖特基二極管的主要特點(diǎn)
7、肖特基二極管應(yīng)用
8、肖特基二極管的選用
9、肖特基二極管優(yōu)點(diǎn)
10、肖特基二極管缺點(diǎn)
肖特基二極管的作用：
肖特基(Schottky)二極管，又稱肖特基勢(shì)壘二極管，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。與普通二極管(多指用PN結(jié)形成的硅二極管)相比最顯著的特點(diǎn)為反向恢復(fù)時(shí)間極短(可以小到幾納秒)，正向?qū)▔航蹈停瑑H0.4V左右。它也有一些缺點(diǎn)：耐壓比較低，漏電流較大。其多用作高頻、低壓、大電流整流二極管(比如開關(guān)電源次極整流二極管)，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。而普通二極管只能用在低頻整流場(chǎng)合，耐壓可以做得更高。
肖特基二極管的結(jié)構(gòu)：
肖特基二極體是利用金屬-半導(dǎo)體接面作為肖特基勢(shì)壘，以產(chǎn)生整流的效果，和一般二極管中由半導(dǎo)體-半導(dǎo)體接面產(chǎn)生的P-N接面不同。肖特基勢(shì)壘的特性使得肖特基二極體的導(dǎo)通電壓降較低，而且可以提高切換的速度。
肖特基二極管在結(jié)構(gòu)原理上與PN結(jié)二極管有很大區(qū)別，它的內(nèi)部是由陽極金屬(用鉬或鋁等材料制成的阻擋層)、二氧化硅(SiO2)電場(chǎng)消除材料、N-外延層(砷材料)、N型硅基片、N+陰極層及陰極金屬等構(gòu)成。在N型基片和陽極金屬之間形成肖特基勢(shì)壘。當(dāng)在肖特基勢(shì)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(shì)壘層變窄，其內(nèi)阻變小;反之，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。
肖特基二極管的原理：
在金屬(例如鉛)和半導(dǎo)體(N型硅片)的接觸面上，用已形成的肖特基來阻擋反向電壓。肖特基與PN結(jié)的整流作用原理有根本性的差異。其耐壓程度只有40V左右。其特長(zhǎng)是：開關(guān)速度非常快：反向恢復(fù)時(shí)間特別地短。因此，能制作開關(guān)二極和低壓大電流整流二極管。肖特基二極管(Schottky Barrier Diode)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。其金屬層除鎢材料外，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制作太陽能電池或發(fā)光二極管。
肖特基二極管利用金屬與半導(dǎo)體接觸所形成的勢(shì)壘對(duì)電流進(jìn)行控制。它的主要特點(diǎn)是具有較低的正向壓降(0.3V至0.6V);另外它是多子參與導(dǎo)電，這就比少子器件有更快的反應(yīng)速度。肖特基二極管常用在門電路中作為三極管集電極的箝位二極管，以防止三極管因進(jìn)入飽和狀態(tài)而降低開關(guān)速度。
穩(wěn)壓二極管與肖特基二極管的區(qū)別：
肖特基二極管正向?qū)妷汉艿停挥?.4v，反向在擊穿電壓之前不會(huì)導(dǎo)通，起到快速反應(yīng)開關(guān)的作用。
穩(wěn)壓二極管正向?qū)妷焊胀ǘ?jí)管一樣約為0.7v，反向狀態(tài)下在臨界電壓之前截止，在達(dá)到臨界電壓的條件下會(huì)處于導(dǎo)通的狀態(tài)，電壓也不再升高，所以用在重要元器件上，起到穩(wěn)壓作用。
肖特基二極管的檢測(cè)：
5.1.性能比較：
肖特基二極管現(xiàn)超快恢復(fù)二極管、快恢復(fù)二極管、硅高頻整流二極管、硅高速開關(guān)二極管的性能比較。可見，硅高速開關(guān)二極管的trr雖極低，但平均整流電流很小，不能作大電流整流用。
5.2.檢測(cè)方法：
檢測(cè)內(nèi)容包括：a.識(shí)別電極;b.檢查管子的單向?qū)щ娦?c.測(cè)正向?qū)航礦F;d.測(cè)量反向擊穿電壓VBR。
被測(cè)管為B82-004型肖特基管，共有三個(gè)管腳，將管腳按照正面(字面朝向人)從左至右順序編上序號(hào)①、②、③。選擇500型萬用表的R×1檔進(jìn)行測(cè)量，全部數(shù)據(jù)整理如下：
第一，根據(jù)①—②、③—④間均可測(cè)出正向電阻，判定被測(cè)管為共陰對(duì)管，①、③腳為兩個(gè)陽極，②腳為公共陰極。
第二，因①—②、③—②之間的正向電阻只幾歐姆，而反向電阻為無窮大，故具有單向?qū)щ娦浴?/div>
第三，內(nèi)部?jī)芍恍ぬ鼗O管的正向?qū)▔航捣謩e為0.315V、0.33V，均低于手冊(cè)中給定的最大允許值VFM(0.55V)。
肖特基二極管的主要特點(diǎn)：
6.1.設(shè)計(jì)特點(diǎn)
該管在設(shè)計(jì)中采用了勢(shì)壘高度фB較低的金屬，并盡量減小理想因子П值。因?yàn)?phi;B決定了伏安特性曲線的上升閾值，而П值決定了電流隨電壓上升的快慢。適當(dāng)調(diào)整工藝，使之形成富硅硅化物的肖特基的勢(shì)壘接觸，以達(dá)到正向電壓閾值低、曲線起始上升快的目標(biāo)。
6.2.結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
該管設(shè)計(jì)和采用的零部件及組裝均符合GB7581《半導(dǎo)體分立器件外形尺寸》的標(biāo)準(zhǔn)要求，為減小封裝串聯(lián)電阻，降低正向壓降，盡量加大了引線與芯片的接觸面積。采用了寬“S”形彎曲觸須壓力接觸的鍍金上引線，增強(qiáng)了抗浪涌電流的沖擊能力。用美軍標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的DO-7玻殼封裝，軸向引線，殼體透明，具有體積小、重量輕、可靠性高的特點(diǎn)。
6.3..工藝與設(shè)備特點(diǎn)
形成富硅硅化物勢(shì)壘接觸的工藝技術(shù)是影響該管電參數(shù)性能及可靠性的關(guān)鍵所在。通過大量的優(yōu)化實(shí)驗(yàn)，對(duì)濺射和退火等關(guān)鍵工藝的參數(shù)和條件進(jìn)行了優(yōu)化，選出了最佳的工藝方案，以達(dá)到最佳勢(shì)壘金屬厚度和形成最佳表面，使管芯獲得最好的電參數(shù)性能及較高的成品率。
封裝前對(duì)芯片進(jìn)行100%的鏡檢，剔除有缺陷的芯片，采用從美國(guó)進(jìn)口的BTU鏈?zhǔn)綗Y(jié)爐和LORLIN計(jì)算機(jī)測(cè)試系統(tǒng)與其他符合美軍標(biāo)DO-7的封裝生產(chǎn)線，使用低溫?zé)Y(jié)，高純氮保護(hù)和不銹鋼夾具等，保證了環(huán)境的潔凈度和工藝的穩(wěn)定性，大大提高了產(chǎn)品的封裝成品率。
6.4..管理特點(diǎn)
該產(chǎn)品的設(shè)計(jì)制造按ISO9002標(biāo)準(zhǔn)和“七專”產(chǎn)品管理辦法進(jìn)行生
產(chǎn)技術(shù)質(zhì)量管理。
肖特基二極管應(yīng)用：
7.1.由于該二極管的正向壓降低、功耗小、反向恢復(fù)快、轉(zhuǎn)換效率高，可應(yīng)用于通信設(shè)備、遙測(cè)系統(tǒng)及各種控制機(jī)器中作調(diào)制、解調(diào)、限制、邏輯、整流等部分;
7.2. 其大電流特性好、響應(yīng)快，可廣泛在開關(guān)、整流線路中直接替代2AK、2AP系列鍺二極管;C. 由于該型二極管承受反向脈沖能量沖擊及高溫特性好，該管可應(yīng)用在外界環(huán)境變化較大的場(chǎng)合中。
肖特基二極管的選用：
要根據(jù)開關(guān)電源所要輸出的電壓VO、電流IO、散熱情況、負(fù)載情況、安裝要求、所要求的溫升等確定所要選用的肖特基二極管種類。
在一般的設(shè)計(jì)中，我們要留出一定的余量。比如，VR只用到其額定值的80%以下(特殊情況下可控制到50%以下)，IF用到其額定值的40%以下。
在單端反激(FLY-BACK)開關(guān)電源中，假定一產(chǎn)品：輸入電壓
VIMAX=350VDC，輸出電壓VO=5V，電流IO=1A。見圖1
圖1 單端反激開關(guān)電源
根據(jù)計(jì)算公式，要求整流二極管的反向電壓 VR、正向電流IF滿足下面的條件：
VR≥2VI×NS/NP
IF≥2IO/(1-θMAX)，其中：NS/NP 變壓器次、初級(jí)匝比θMAX 最大占空比
假設(shè)，NS/NP=1/20，θMAX=0.35，則VR≥2×350/20=35(V)，IF≥2×1/(1-0.35)=3(A)
這樣，我們可以參考選用SR340或1N5822。
若產(chǎn)品為風(fēng)扇冷卻，則管子可以把余量留小一些。
TO220、TO3P封裝的管子有全包封、半包封之分這要根據(jù)具體情況選用。
半包封管子的散熱優(yōu)于全包封的管子，但需注意其散熱器和中間管腳相通。
負(fù)載若為容性負(fù)載，建議IF再留出20%的余量。
注意功率肖特基二極管的散熱和安裝形式，要搞清楚產(chǎn)品為自然冷卻還是風(fēng)扇冷卻，管子要安裝在易通風(fēng)散熱的地方，以提高產(chǎn)品的可靠性。TO-220、TO-3P型的管子與散熱器之間要加導(dǎo)熱硅脂，使管子與散熱器之間接觸良好。
肖特基二極管優(yōu)點(diǎn)：
9.1.正向壓降低，約只有一般硅二極管的一半。在下向?qū)〞r(shí)由于正向電壓低消耗的二極管上的功耗也小。
9.2.反向恢復(fù)時(shí)間小，比超快速恢復(fù)管還要小得多。在高頻電路中除了正向?qū)ü耐膺€有較大的功耗就是開關(guān)功耗，反向恢復(fù)時(shí)間越小開關(guān)功耗也就越小。
肖特基二極管缺點(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體，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。不過目前肖特基二極體的技術(shù)也已有了進(jìn)步，其反向偏壓的額定值最大可以到200V.
常見的肖特基二極管有MBR20200、MBR2045、MBR1045、MBR20100、MBR10100等等。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。
