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金属-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表面电子浓度逐渐降低,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。
肖特基二极管的特之处在于其快速的反向恢复时间,可在几纳秒的范围内。同时,它的正向电流也能达到儿千安培,具备大电流、低功耗、速等特性。相较于传统PN结二极管,肖特基二极管的正向压降(UDF)只有后者的一半至三分之一,trr(反向恢复时间)约为10纳秒,使其在特定应用中表现出色。
肖特基二极管在电路中有着广泛的应用,包括但不限于整流、续流、保护和小信号检波等功能。它特别适用于低电压、大电流的电路,如驱动器、开关电源、变频器和逆变器等。这些领域中,肖特基二极管能够发挥出其高速、低能耗的特点,提升电路的效率和性能。
肖特基二极管结构肖特基二极管在结构原理上与PN结二极管有很大区别,它的内部是由阳极金属(用钼或铝等材料制成的阻挡层)、二氧化硅(SiO2)电场消除材料、N-外延层(砷材料)、N型硅基片、N+阴极层及阴极金属等构成。在N型基片和阳极金属之间形成肖特基势垒。当在肖特基势垒两端加上正向偏压(阳极金属接电源正极,N型基片接电源负极)时,肖特基势垒层变窄,其内阻变小;反之,若在肖特基势垒两端加上反向偏压时,肖特基势垒层则变宽,其内阻变大。
肖特基二极管 的耐压能常较低,但是它的恢复速度快,可以用在高频场合,故开关电源采用此种二极管作为整流输出用,尽管如此,开关电源上的整流管温度还是很高的。
面结合型管性能要优于点接触管,
主要原因在于:
1) 点接触管表面不易清洁,针点压力会造成半导体表面畸变。其接触势垒不是理想的肖特基势垒受到机械震动时还会产生颤抖噪声。面结合型管金半接触界面比较平整不暴露而较易清洁其接触势垒几乎是理想的肖特基势垒。
2) 不同的点接触管在生产时压接压力不同使得肖特基结的直径不同。因此性能一致性差可靠性也差。
面结合型管采用平面工艺性能稳定,一致性好,不易损坏。图中给出一种面结合型二极管的结构图和等效电路。从中可以看出各部分的结构尺寸量级。通常这种管芯要进行封装才能方便地使用。肖特基势垒二极管的典型封装结构可采用“炮弹”式、微带式、SOT贴片式等。
对于低压大电流的高频整流,肖特基二极管是佳的选择(这时由于其反向耐压较低),常用的是作为±5V、±12V、±15V的整流输出管。(如计算机电源的+5V输出大多采用SR3040,+12V输出采用SR1660)再加上肖特基二极管的正向压降VF与结温TJ呈现负温度系数,所以用其制造的开关电源,温升低,噪声小,可靠性高。
开关电源有高频变压器、高频电容、高反压大功率晶体管、功率整流二极管、控制IC等主要部件组成。次级整流二极管作为耗能部件,损耗大,(约占电源功耗的30%),发热高,它的选用对电源的整机效率和可靠性指标是非常关键的因素,这就要求整流二极管在高速大电流工作状态下应具有正向压降VF小、反向反向漏电IR小、恢复时间Trr短的特性。