肖特基二極管原理和常用參數(shù),檢測(cè)方法

肖特基二極管原理和常用參數(shù),檢測(cè)方法

肖特基勢(shì)壘二極管SBD（Schottky Barrier Diode，簡(jiǎn)稱(chēng)肖特基二極管）是近年來(lái)間世的低功耗、大電流、超高速半導(dǎo)體器件。其反向恢復(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。中、小功率肖特基整流二極管大多采用封裝形式。

　　 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，形成肖特基勢(shì)壘來(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?？欤悍聪蚧謴?fù)時(shí)間特別地短。因此，能制作開(kāi)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N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(mén)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表面電子濃度表面逐漸降低，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（阻檔層）金屬材料是鉬。二氧化硅（SiO2）用來(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N-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)，可在基片與陽(yáng)極金屬之間形成合適的肖特基勢(shì)壘，當(dāng)加上正偏壓E時(shí)，金屬A和N型基片B分別接電源的正、負(fù)極，此時(shí)勢(shì)壘寬度Wo變窄。加負(fù)偏壓-E時(shí)，勢(shì)壘寬度就增加。
　　 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(chēng)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?xún)?nèi)。但它的反向耐壓值較低，一般不超過(guò)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(yáng)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，如圖4-44所示。在N型基片和陽(yáng)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(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。
　　 肖特基二極管封裝
　　 肖特基二極管分為有引線(xiàn)和表面安裝（貼片式）兩種封裝形式。
　　 采用有引線(xiàn)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，如圖4-45所示。
　　 肖特基對(duì)管又有共陰（兩管的負(fù)極相連）、共陽(yáng)（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，見(jiàn)圖4-46。
　　 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9種管腳引出方式，見(jiàn)圖4-47和圖4-48。
　　 常用的肖特基二極管
　　 常用的有引線(xiàn)式肖特基二極管有D80-004、B82-004、MBR1545、MBR2535等型號(hào)，各管的主要參數(shù)見(jiàn)表4-43。
　　 常用的表面封裝肖特基二極管有FB系列，其主要參數(shù)見(jiàn)表4-44
　　 肖特基二極管的檢測(cè)
　　 肖特基（Schottky）二極管也稱(chēng)肖特基勢(shì)壘二極管（簡(jiǎn)稱(chēng)SBD），它是一種低功耗、超高速半導(dǎo)體器件，廣泛應(yīng)用于開(kāi)關(guān)電源、變頻器、驅(qū)動(dòng)器等電路，作高頻、低壓、大電流整流二極管、續(xù)流二極管、保護(hù)二極管使用，或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。
　　 1． 性能比較
　　 下表列出了肖特基二極管和超快恢復(fù)二極管、快恢復(fù)二極管、硅高頻整流二極管、硅高速開(kāi)關(guān)二極管的性能比較。由表可見(jiàn)，硅高速開(kāi)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。
　　 2． 檢測(cè)方法
　　 下面通過(guò)一個(gè)實(shí)例來(lái)介紹檢測(cè)肖特基二極管的方法。檢測(cè)內(nèi)容包括：①識(shí)別電極；②檢查管子的單向?qū)щ娦?；③測(cè)正向?qū)航礦F；④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(wàn)用表的R×1檔進(jìn)行測(cè)量，全部數(shù)據(jù)整理成下表：
　　 測(cè)試結(jié)論：
　　 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(yáng)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(wú)窮大，故具有單向?qū)щ娦浴?br>　　 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)。
　　 另外使用ZC 25-3型兆歐表和500型萬(wàn)用表的250VDC檔測(cè)出，內(nèi)部?jī)晒艿姆聪驌舸╇妷篤BR依次為140V、135V。查手冊(cè)，B82-004的最高反向工作電壓（即反向峰值電壓）VBR=40V。表明留有較高的安全系數(shù)。