肖特基二极管的工作原理和特点

浏览
发布时间 2009-06-09

  肖特基二极管(SBD)是一种低功耗、大电流、超高速半导体器件。其显著的特点为反向恢复时间极短(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。肖特基二极管多用作高频、低压、大电流整流二极管、续流二极管、保护二极管,也有用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。常用在彩电的二次电源整流,高频电源整流中。

  肖特基二极管是以其发明人肖特基博士(Schottky)命名的,SBD是肖特基势垒二极管(Schottky Barrier Diode,缩写成 SBD)的简称。SBD不是利用P型半导体与N型半导体接触形成PN结原理制作的,而是利用金属与半导体接触形成的金属-半导体结原理制作的。因此,SBD也称为金属-半导体(接触)二极管或表面势垒二极管,它是一种热载流子二极管。

  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。

  基本原理是:在金属和N型硅片的接触面上,用金属与半导体接触所形成的势垒对电流进行控制。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,大多不高于60V,以致于限制了其应用范围。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(SBD)的主要特点:
  1)正向压降低:由于肖特基势垒高度低于PN结势垒高度,故其正向导通门限电压和正向压降都比PN结二极管低(约低0.2V)。
  2)反向恢复时间快:由于SBD是一种多数载流子导电器件,不存在少数载流子寿命和反向恢复问题。SBD的反向恢复时间只是肖特基势垒电容的充、放电时间,完全不同于PN结二极管的反向恢复时间。由于SBD的反向恢复电荷非常少,故开关速度非常快,开关损耗也特别小,尤其适合于高频应用。
  3)工作频率高: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。
  4)反向耐压低:由于SBD的反向势垒较薄,并且在其表面极易发生击穿,所以反向击穿电压比较低。由于SBD比PN结二极管更容易受热击穿,反向漏电流比PN结二极管大。

  SBD的结构及特点使其适合于在低压、大电流输出场合用作高频整流,在非常高的频率下(如X波段、C波段、S波段和Ku波段)用于检波和混频,在高速逻辑电路中用作箝位。在IC中也常使用SBD,像SBD TTL集成电路早已成为TTL电路的主流,在高速计算机中被广泛采用。

  除了普通PN结二极管的特性参数之外,用于检波和混频的SBD电气参数还包括中频阻抗(指SBD施加额定本振功率时对指定中频所呈现的阻抗,一般在200Ω~600Ω之间)、电压驻波比(一般≤2)和噪声系数等。

电子爱好者 DIANZIAIHAOZHE.COM