肖特基二極管和快恢復(fù)二極管有什么區(qū)別詳解
信息來(lái)源于：互聯(lián)網(wǎng) 發(fā)布于：2022-07-21
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。
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金屬-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(méi)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表面電子濃度逐漸降低，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(yáng)極使用鉬或鋁等材料制成阻檔層。用二氧化硅（SiO2）來(lái)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(guò)調(diào)整結(jié)構(gòu)參數(shù)，N型基片和陽(yáng)極金屬之間便形成肖特基勢(shì)壘，如圖所示。當(dāng)在肖特基勢(shì)壘兩端加上正向偏壓（陽(yáng)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?。环粗?，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。
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，采用硅平面工藝制造的鋁硅肖特基二極管也已問(wèn)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。
作用
肖特基二極管肖特基（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(jiàn)。
一個(gè)典型的應(yīng)用，是在雙極型晶體管 BJT 的開(kāi)關(guān)電路里面，通過(guò)在 BJT 上連接 Shockley 二極管來(lái)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(kāi)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。
應(yīng)用
SBD的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)使其適合于在低壓、大電流輸出場(chǎng)合用作高頻整流，在非常高的頻率下（如X波段、C波段、S波段和Ku波段）用于檢波和混頻，在高速邏輯電路中用作箝位。在IC中也常使用SBD，像SBD？TTL集成電路早已成為TTL電路的主流，在高速計(jì)算機(jī)中被廣泛采用。
除了普通PN結(jié)二極管的特性參數(shù)之外，用于檢波和混頻的SBD電氣參數(shù)還包括中頻阻抗（指SBD施加額定本振功率時(shí)對(duì)指定中頻所呈現(xiàn)的阻抗，一般在200ω～600ω之間）、電壓駐波比（一般≤2）和噪聲系數(shù)等。
快恢復(fù)二極管（簡(jiǎn)稱FRD）是一種具有開(kāi)關(guān)特性好、反向恢復(fù)時(shí)間短特點(diǎn)的半導(dǎo)體二極管，主要應(yīng)用于開(kāi)關(guān)電源、PWM脈寬調(diào)制器、變頻器等電子電路中，作為高頻整流二極管、續(xù)流二極管或阻尼二極管使用。 快恢復(fù)二極管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與普通PN結(jié)二極管不同，它屬于PIN結(jié)型二極管，即在P型硅材料與N型硅材料中間增加了基區(qū)I，構(gòu)成PIN硅片。因基區(qū)很薄，反向恢復(fù)電荷很小，所以快恢復(fù)二極管的反向恢復(fù)時(shí)間較短，正向壓降較低，反向擊穿電壓（耐壓值）較高。
結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
快恢復(fù)二極管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與普通二極管不同，它是在P型、N型硅材料中間增加了基區(qū)I，構(gòu)成P-I-N硅片。由于基區(qū)很薄，反向恢復(fù)電荷很小，不僅大大減小了trr值，還降低了瞬態(tài)正向壓降，使管子能承受很高的反向工作電壓?？旎謴?fù)二極管的反向恢復(fù)時(shí)間一般為幾百納秒，正向壓降約為0.6V，正向電流是幾安培至幾千安培，反向峰值電壓可達(dá)幾百到幾千伏。超快恢復(fù)二極管的反向恢復(fù)電荷進(jìn)一步減小，使其trr可低至幾十納秒。20A以下的快恢復(fù)及超快恢復(fù)二極管大多采用TO-220封裝形式。
從內(nèi)部結(jié)構(gòu)看，可分成單管、對(duì)管（亦稱雙管）兩種。對(duì)管內(nèi)部包含兩只快恢復(fù)二極管，根據(jù)兩只二極管接法的不同，又有共陰對(duì)管、共陽(yáng)對(duì)管之分。圖2（a）是C20-04型快恢復(fù)二極管（單管）的外形及內(nèi)部結(jié)構(gòu)。（b）圖和（c）圖分別是C92-02型（共陰對(duì)管）、MUR1680A型（共陽(yáng)對(duì)管）超快恢復(fù)二極管的外形與構(gòu)造。它們均采用TO-220塑料封裝，
幾十安的快恢復(fù)二極管一般采用TO-3P金屬殼封裝。更大容量（幾百安～幾千安）的管子則采用螺栓型或平板型封裝形式。
肖特基二極管的基本原理是：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(lái)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(kāi)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(kāi)關(guān)二極管和低壓大電流整流二極管。
肖特基二極管它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(kāi)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(lái)制作太陽(yáng)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(kāi)關(guān)速度。
肖特基勢(shì)壘二極管反向恢復(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)到幾千安培。這些優(yōu)良特性是快恢復(fù)二極管所無(wú)法比擬的。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(lái)，采用硅平面工藝制造的鋁硅肖特基二極管也已問(wèn)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(wú)過(guò)剩少數(shù)載流子的積累，因此，不存在電荷儲(chǔ)存問(wèn)題（Qrr→0），使開(kāi)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(guò)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 。
快恢復(fù)二極管是指反向恢復(fù)時(shí)間很短的二極管（5us以下），工藝上多采用摻金措施，結(jié)構(gòu)上有采用PN結(jié)型結(jié)構(gòu)，有的采用改進(jìn)的PIN結(jié)構(gòu)。其正向壓降高于普通二極管（1-2V），反向耐壓多在1200V以下。
從性能上可分為快恢復(fù)和超快恢復(fù)兩個(gè)等級(jí)。前者反向恢復(fù)時(shí)間為數(shù)百納秒或更長(zhǎng)，后者則在100納秒以下，快恢復(fù)二極管在制造工藝上采用摻金，單純的擴(kuò)散等工藝，可獲得較高的開(kāi)關(guān)速度，同時(shí)也能得到較高的耐壓。目前快恢復(fù)二極管主要應(yīng)用在逆變電源中做整流元件。 快恢復(fù)二極管具有開(kāi)關(guān)特性好，反向恢復(fù)時(shí)間短、正向電流大、體積小、安裝簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)。 超快恢復(fù)二極管SRD則是在快恢復(fù)二極管基礎(chǔ)上發(fā)展而成的，其反向恢復(fù)時(shí)間trr值已接近于肖特基二極管的指標(biāo)。它們可廣泛用于開(kāi)關(guān)電源、脈寬調(diào)制器（PWM）、不間斷電源（UPS）、交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速（VVVF）、高頻加熱等裝置中，作高頻、大電流的續(xù)流二極管或整流管，是極有發(fā)展前途的電力、電子半導(dǎo)體器件。
反向恢復(fù)時(shí)間，什么是反向恢復(fù)時(shí)間？當(dāng)外加二極管的電壓瞬間從正向轉(zhuǎn)到反向時(shí)，流經(jīng)器件的電流并不能相應(yīng)地瞬間從正向電流轉(zhuǎn)換為反向電流。此時(shí)，正向注入的少數(shù)載流子（空穴）被空間電荷區(qū)的強(qiáng)電場(chǎng)抽取，由于這些空穴的密度高于基區(qū)平衡空穴密度，因而在反向偏置瞬間將產(chǎn)生一個(gè)遠(yuǎn)大于反向漏電流的反向電流，即反向恢復(fù)電流IRM.與此同時(shí)，符合過(guò)程的強(qiáng)化也在加速這些額外載流子密度的下降，直到基區(qū)中積累的額外載流子的完全消失，反向電流才下降并穩(wěn)定到反向漏電流。整個(gè)過(guò)程所經(jīng)歷的時(shí)間為反向恢復(fù)時(shí)間。 反向恢復(fù)時(shí)間trr的定義是：電流通過(guò)零點(diǎn)由正向轉(zhuǎn)換到規(guī)定低值的時(shí)間間隔。它是衡量高頻續(xù)流及整流器件性能的重要技術(shù)指標(biāo)。反向恢復(fù)電流IF為正向電流，IRM為最大反向恢復(fù)電流。 Irr為反向恢復(fù)電流，通常規(guī)定Irr=0.1IRM。當(dāng)t≤t0時(shí)，正向電流I=IF。當(dāng)t》t0時(shí)，由于整流器件上的正向電壓突然變成反向電壓，因此正向電流迅速降低，在t=t1時(shí)刻，I=0。然后整流器件上流過(guò)反向電流IR，并且IR逐漸增大;在t=t2時(shí)刻達(dá)到最大反向恢復(fù)電流IRM值。此后受正向電壓的作用，反向電流逐漸減小，并在t=t3時(shí)刻達(dá)到規(guī)定值Irr。從t2到t3的反向恢復(fù)過(guò)程與電容器放電過(guò)程有相似之處。
快恢復(fù)、超快恢復(fù)二極管的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 快恢復(fù)二極管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與普通二極管不同，它是在P型、N型硅材料中間增加了基區(qū)I，構(gòu)成P-I-N硅片。由于基區(qū)很薄，反向恢復(fù)電荷很小，不僅大大減小了trr值，還降低了瞬態(tài)正向壓降，使管子能承受很高的反向工作電壓。快恢復(fù)二極管的反向恢復(fù)時(shí)間一般為幾百納秒，正向壓降約為0.6V，正向電流是幾安培至幾千安培，反向峰值電壓可達(dá)幾百到幾千伏。超快恢復(fù)二極管的反向恢復(fù)電荷進(jìn)一步減小，使其trr可低至幾十納秒。 20A以下的快恢復(fù)及超快恢復(fù)二極管大多采用TO-220封裝形式。測(cè)量反向恢復(fù)時(shí)間，由直流電流源供規(guī)定的IF，脈沖發(fā)生器經(jīng)過(guò)隔直電容器C加脈沖信號(hào)，利用電子示波器觀察到的trr值，即是從I=0的時(shí)刻到IR=Irr時(shí)刻所經(jīng)歷的時(shí)間。 設(shè)器件內(nèi)部的反向恢電荷為Qrr，有關(guān)trr≈2Qrr/IRM可知，當(dāng)IRM為一定時(shí)，反向恢復(fù)電荷愈小，反向恢復(fù)時(shí)間就愈短。
常規(guī)檢測(cè)方法 在業(yè)余條件下，利用萬(wàn)用表能檢測(cè)快恢復(fù)、超快恢復(fù)二極管的單向?qū)щ娦裕约皟?nèi)部有無(wú)開(kāi)路、短路故障，并能測(cè)出正向?qū)▔航怠Ｈ襞湟哉讱W表，還能測(cè)量反向擊穿電壓。實(shí)例：測(cè)量一只超快恢復(fù)二極管，其主要參數(shù)為：trr=35ns，IF=5A，IFSM=50A，VRM=700V。將萬(wàn)用表?yè)苤罵&mes;1檔，讀出正向電阻為6.4？，n′=19.5格;反向電阻則為無(wú)窮大。 進(jìn)一步求得VF=0.03V/格&mes;19.5=0.585V。證明管子是好的。
注意事項(xiàng)：
1）有些單管，共三個(gè)引腳，中間的為空腳，一般在出廠時(shí)剪掉，但也有不剪的。
2）若對(duì)管中有一只管子損壞，則可作為單管使用。
3）測(cè)正向?qū)▔航禃r(shí)，必須使用R&mes;1檔。若用R&mes;1k檔，因測(cè)試電流太小，遠(yuǎn)低于管子的正常工作電流，故測(cè)出的VF值將明顯偏低。在上面例子中，如果選擇R×1k檔測(cè)量，正向電阻就等于2.2k？，此時(shí)n′=9格。由此計(jì)算出的VF值僅0.27V，遠(yuǎn)低于正常值（0.6V）?？旎謴?fù)二極管的恢復(fù)時(shí)間是200-500ns超快速二極管的恢復(fù)時(shí)間是30-100。
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