Schottky Barrier Diode.doc

肖特基二极管简介
　　基本原理是：在金属（例如铅）和半导体（N型硅片）的接触面上，用已形成的肖特基来阻挡反向电压。肖特基与PN结的整流作用原理有根本性的差异。其耐压程度只有40V左右。其特长是：开关速度非常快：反向恢复时间特别地短。因此，能制作开关二极和低压大电流整流二极管。
　　肖特基二极管(Schottky Barrier Diode)
　　它是具有肖特基特性的“金属半导体结”的二极管。其正向起始电压较低。其金属层除钨材料外，还可以采用金、钼、镍、钛等材料。其半导体材料采用硅或砷化镓，多为型半导体。这种器件是由多数载流子导电的，所以，其反向饱和电流较以少数载流子导电的PN结大得多。由于肖特基二极管中少数载流子的存贮效应甚微，所以其频率响仅为RC时间常数限制，因而，它是高频和快速开关的理想器件。其工作频率可达100GHz。并且，MIS（金属－绝缘体－半导体）肖特基二极管可以用来制作太阳能电池或发光二极管。
　　肖特基二极管(Schottky Diodes)：     肖特基二极管利用金属与半导体接触所形成的势垒对电流进行控制。它的主要特点是具有较低的正向压降（0.3V至0.6V）；另外它是多子参与导电，这就比少子器件有更快的反应速度。肖特基二极管常用在门电路中作为三极管集电极的箝位二极管，以防止三极管因进入饱和状态而降低开关速度。

　　肖特基势垒二极管SBD（Schottky Barrier Diode，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。
　　1．结构原理
　　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 。
　　肖特基势垒二极管SBD（Schottky Barrier Diode，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。
　　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。
　　3．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，全部数据整理成表2。
　　测试结论：
　　第一，根据①—②、③—②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ZC 25-3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
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肖特基二极管（SBD）
一般的二极管是利用PN结的单方向导电的特性，而肖特基二极管则是利用金属和半导体面接触产生的势垒（barrier）整流作用，这个接触面称为“金属半导体结”，其全名应为肖特基势垒二极管，简称为肖特基二极管。现有肖特基二极管大多数是用硅（Si）半导体材料制作的。20世纪90年代以来，出现了用砷化镓（GaAs）制作SBD。Si-SBD的特点是：正向压降PN结二极管的UDF低，仅为后者的1/2～1/3；trr约为10 ns数量级；适用于低电压（小于50 V）的功率电子电路中（当电路电压高于100 V以上时，则要选用PIV高的SBD，其正向电阻将增大许多）。此外，SBD是根据漂移现象产生电流的，不会积累，也无须移去多余的载流子，因此也就不存在正向恢复或反向恢复现象。这就是SBD的莎Ⅱ很小的缘故。输出电压为4～5V的开关转换可以选用PIV为25 V或45 V的Si－SBD。例如1N6492、lN639l、1N6392等。SBD的缺点是：反向漏电流比普通二极管大得多，如图1所示的二极管伏安特性比较。这是因为Si－SBD的结电容较大的缘故，如USD45型Si－SBD的结电容约为4700 pF，而UFRD的结电容仅为5～150 pF，GaAs－SBD的结电容也只有100～500 pF。

图1  二极管伏安特性的比较
　　有关各种快速开关二极管的参数见表1～表3c。

　　表1 几种典型功率二极管的主要参数

　　表2 Si-SBD和UFRD参数级别的比较（1级最高）

　　表3 UFRD和Si-SBD、GaAs－SBD的主要参数
　　GaAs-SBD的反向恢复时间不大于10ns。适用于高频、高速动作的电路及电压稍高的电路，现已经实用化。例如，日本生产的GaAs－SBD，其参数规格有：2.5～7 A，150～180 V（uF＝0.9 V，trr＝7～10 ns，IR＝1～3mA），以及IA，350 V（UF＝1.5 V，trr＝5 ns，IR＝1 mA）。
　　此外，GaAs－SBD的其他特点还有：开关噪声小，温度稳定性好（结温可达－ 40～150℃）。
　　如图6所示为GaAs－SBD（PIV＝180 V）、Si－SBD（PIV＝90V）与FRD（PIV＝200 V）三种功率开关二极管的反向恢复过程中电流波形的比较。由图可知，与后两种二极管比较GaAs－SBD的反向恢复时间短，反向电流峰值小。

　　图6 三种功率开关二极管电流反向恢复过程的波形zD＝r（t）比较
　　表1是各种典型功率（整流）二极管的主要参数比较表。表2及表3比较了
　　UFRD、Si-SBD和GaAs-SBD的参数。在表3中di/dr＝100 A/pts，f＝100 kHz。