肖特基二極管的原理和優缺點

肖特基二極管

肖特基二極管是以其發明人肖特基博士（Schottky）命名的，SBD是肖特基勢壘二極管（SchottkyBarrierDiode,縮寫成SBD）的簡稱。SBD不是利用P型半導體與N型半導體接觸形成PN結原理制作的，而是利用金屬與半導體接觸形成的金屬－半導體結原理制作的。因此，SBD也稱為金屬－半導體（接觸）二極管或表面勢壘二極管，它是一種熱載流子二極管。

1肖特基二極管的原理

肖特基二極管是貴金屬（金、銀、鋁、鉑等）A為正極，以N型半導體B為負極，利用二者接觸面上形成的勢壘具有整流特性而制成的金屬-半導體器件。因為N型半導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中擴散。顯然，金屬A中沒有空穴，也就不存在空穴自A向B的擴散運動。隨著電子不斷從B擴散到A，B表面電子濃度逐漸降低，表面電中性被破壞，于是就形成勢壘，其電場方向為B→A。但在該電場作用之下，A中的電子也會產生從A→B的漂移運動，從而消弱了由于擴散運動而形成的電場。當建立起一定寬度的空間電荷區后，電場引起的電子漂移運動和濃度不同引起的電子擴散運動達到相對的平衡，便形成了肖特基勢壘。

典型的肖特基整流管的內部電路結構是以N型半導體為基片，在上面形成用砷作摻雜劑的N-外延層。陽極使用鉬或鋁等材料制成阻檔層。用二氧化硅（SiO2）來消除邊緣區域的電場，提高管子的耐壓值。N型基片具有很小的通態電阻，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。通過調整結構參數，N型基片和陽極金屬之間便形成肖特基勢壘，如圖所示。當在肖特基勢壘兩端加上正向偏壓（陽極金屬接電源正極，N型基片接電源負極）時，肖特基勢壘層變窄，其內阻變??；反之，若在肖特基勢壘兩端加上反向偏壓時，肖特基勢壘層則變寬，其內阻變大。

綜上所述，肖特基整流管的結構原理與PN結整流管有很大的區別通常將PN結整流管稱作結整流管，而把金屬-半導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世，這不僅可節省貴金屬，大幅度降低成本，還改善了參數的一致性。

2肖特基二極管的優點

SBD具有開關頻率高和正向壓降低等優點，但其反向擊穿電壓比較低，大多不高于60V，最高僅約100V，以致于限制了其應用范圍。像在開關電源（SMPS）和功率因數校正（PFC）電路中功率開關器件的續流二極管、變壓器次級用100V以上的高頻整流二極管、RCD緩沖器電路中用600V～1.2kV的高速二極管以及PFC升壓用600V二極管等，只有使用快速恢復外延二極管（FRED）和超快速恢復二極管（UFRD）。

UFRD的反向恢復時間Trr也在20ns以上，根本不能滿足像空間站等領域用1MHz～3MHz的SMPS需要。即使是硬開關為100kHz的SMPS，由于UFRD的導通損耗和開關損耗均較大，殼溫很高，需用較大的散熱器，從而使SMPS體積和重量增加，不符合小型化和輕薄化的發展趨勢。因此，發展100V以上的高壓SBD，一直是人們研究的課題和關注的熱點。近幾年，SBD已取得了突破性的進展，150V和 200V的高壓SBD已經上市，使用新型材料制作的超過1kV的SBD也研制成功，從而為其應用注入了新的生機與活力。

3肖特基二極管的缺點

肖特基二極管最大的缺點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管，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速變大，實物設計上需注意其熱失控的隱患。為了避免上述的問題，肖特基二極管實際使用時的反向偏壓都會比其額定值小很多。不過肖特基二極管的技術也已有了進步，其反向偏壓的額定值最大可以到200V。

4肖特基二極管和普通二極管的區別

肖特基二極管的最大特點是正向壓降小，反向恢復時間短。肖特基二極管的開啟電壓低，電荷儲存效應小，適于高頻工作。同樣的電流情況下，它的正向壓降要比普通二極管小許多。還具有損耗小、噪聲低、檢波靈敏度高、穩定可靠等特點，在微波通信和雷達中用于混頻、檢波、調制、倍頻以及超高速開關、低噪聲放大等。

所以肖特基二極管與普通二極管最明顯的區別有以下幾點：

1、肖特基二極管正向導通壓降比普通二極管低，所以低功耗。

2、肖特基二極管反向恢復時間比普通二極管短，所以工作頻率更高。

3、肖特基二極管反向耐壓比普通二極管低，一般低于200V。

4、肖特基二極管比普通的二極管通過的電流強。

5、肖特基二極管比普通二極管的結電容小。

6、肖特基二極管可以通過高頻電流。

　　審核編輯：湯梓紅