肖特基二極管概述
肖特基二極管是以其發(fā)明人肖特基博士(Schottky)命名的,SBD是肖特基勢壘二極管的簡稱。SBD不是利用P型半導(dǎo)體與N型半導(dǎo)體接觸形成PN結(jié)原理制作的,而是利用金屬與半導(dǎo)體接觸形成的金屬-半導(dǎo)體結(jié)原理制作的。因此,SBD也稱為金屬-半導(dǎo)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。
肖特基二極管原理
肖特基二極管是貴金屬(金、銀、鋁、鉑等)A為正極,以N型半導(dǎo)體B為負(fù)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(dǎo)體器件。因為N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中沒有空穴,也就不存在空穴自A向B的擴(kuò)散運動。隨著電子不斷從B擴(kuò)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(chǎn)生從A→B的漂移運動,從而消弱了由于擴(kuò)散運動而形成的電場。當(dāng)建立起一定寬度的空間電荷區(qū)后,電場引起的電子漂移運動和濃度不同引起的電子擴(kuò)散運動達(dá)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(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(qū)域的電場,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(diào)整結(jié)構(gòu)參數(shù),N型基片和陽極金屬之間便形成肖特基勢壘,如圖所示。當(dāng)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(fù)極)時,肖特基勢壘層變窄,其內(nèi)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(nèi)阻變大。
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,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(jié)省貴金屬,大幅度降低成本,還改善了參數(shù)的一致性。
快恢復(fù)二極管概述
快恢復(fù)二極管(簡稱FRD)是一種具有開關(guān)特性好、反向恢復(fù)時間短特點的半導(dǎo)體二極管,主要應(yīng)用于開關(guān)電源、PWM脈寬調(diào)制器、變頻器等電子電路中,作為高頻整流二極管、續(xù)流二極管或阻尼二極管使用。 快恢復(fù)二極管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與普通PN結(jié)二極管不同,它屬于PIN結(jié)型二極管,即在P型硅材料與N型硅材料中間增加了基區(qū)I,構(gòu)成PIN硅片。因基區(qū)很薄,反向恢復(fù)電荷很小,所以快恢復(fù)二極管的反向恢復(fù)時間較短,正向壓降較低,反向擊穿電壓(耐壓值)較高。
快恢復(fù)二極管分類
采用TO–220或TO–3P封裝的大功率快恢復(fù)二極管,有單管和雙管之分。雙管的管腳引出方式又分為共陽和共陰。
應(yīng)用拓?fù)浣Y(jié)構(gòu):
肖特基二極管和快恢復(fù)二極管到底區(qū)別在哪?
快恢復(fù)二極管從名稱上很好理解,肖特基二極管是以人名命名,由于制造工藝完全不同,是肖特基博士的一個創(chuàng)新。
肖特基二極管是以其發(fā)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(dǎo)體與N型半導(dǎo)體接觸形成PN結(jié)原理制作的,而是利用金屬與半導(dǎo)體接觸形成的金屬-半導(dǎo)體結(jié)原理制作的。因此,SBD也稱為金屬-半導(dǎo)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。
肖特基二極管和快恢復(fù)二極管在物理結(jié)構(gòu)上是不一樣的。肖特基二極管的陽極是金屬,陰極是N型半導(dǎo)體;快恢復(fù)二極管基本結(jié)構(gòu)仍然是普通的PIN二極管,即陰陽極分別為N和P型半導(dǎo)體。物理結(jié)構(gòu)決定了兩者的電特性。
1.肖特基二極管耐壓較低,通常在200V以下,同等耐壓,相同電流下,肖特基二極管的正向壓降低于快恢復(fù)二極管。
2. 肖特基二極管載流子只有電子,理論上沒有反向恢復(fù)時間,而快恢復(fù)二極管本質(zhì)上和PIN二極管一樣,是少子器件的反向恢復(fù)時間通常在幾十到幾百ns。
3. 額定反向耐壓下,快恢復(fù)二極管的反向漏電流較小,通常在幾uA到幾十uA;肖特基二極管的反向漏電流則通常達(dá)到幾百uA到幾十mA,且隨溫度升高急劇增大。
開關(guān)電源中的二極管反向恢復(fù)時間怎樣形成?
反向恢復(fù)時間基本的定義是:二極管從導(dǎo)通狀態(tài)轉(zhuǎn)換成關(guān)斷狀態(tài)所需的時間。
從定義可以看出,二極管導(dǎo)通狀態(tài)下突然施加一個反偏電壓,它不能馬上截止需要一個過度時間,也就是反向恢復(fù)時間。
通常在開關(guān)電源連續(xù)模式反向恢復(fù)過程中,二極管流過較大的反向電流同時承受了較大的反向電壓,因此造成了很大的反向恢復(fù)損耗,所以一般選反向恢復(fù)時間越短的越好,在電壓應(yīng)力較低的情況下肖特基是首選。
在CCM PFC中,為了降低這個損耗,通常的超快恢復(fù)二極管(標(biāo)稱反向恢復(fù)時間十幾到幾十ns)仍然差強人意,需要用到SiC二極管。常用的SiC二極管通常是肖特基結(jié)構(gòu),反向恢復(fù)時間遠(yuǎn)低于PIN二極管。
產(chǎn)生反向恢復(fù)過程的原因——電荷存儲效應(yīng)
產(chǎn)生上述現(xiàn)象的原因是由于二極管外加正向電壓VF時,載流子不斷擴(kuò)散而存儲的結(jié)果。當(dāng)外加正向電壓時P區(qū)空穴向N區(qū)擴(kuò)散,N區(qū)電子向P區(qū)擴(kuò)散,這樣,不僅使勢壘區(qū)(耗盡區(qū))變窄,而且使載流子有相當(dāng)數(shù)量的存儲,在P區(qū)內(nèi)存儲了電子,而在N區(qū)內(nèi)存儲了空穴 ,它們都是非平衡少數(shù)載流于,如下圖所示。
空穴由P區(qū)擴(kuò)散到N區(qū)后,并不是立即與N區(qū)中的電子復(fù)合而消失,而是在一定的路程LP(擴(kuò)散長度)內(nèi),一方面繼續(xù)擴(kuò)散,一方面與電子復(fù)合消失,這樣就會在LP范圍內(nèi)存儲一定數(shù)量的空穴,并建立起一定空穴濃度分布,靠近結(jié)邊緣的濃度最大,離結(jié)越遠(yuǎn),濃度越小 。正向電流越大,存儲的空穴數(shù)目越多,濃度分布的梯度也越大。電子擴(kuò)散到P區(qū)的情況也類似,下圖為二極管中存儲電荷的分布。
我們把正向?qū)〞r,非平衡少數(shù)載流子積累的現(xiàn)象叫做電荷存儲效應(yīng)。
當(dāng)輸入電壓突然由+VF變?yōu)?VR時P區(qū)存儲的電子和N區(qū)存儲的空穴不會馬上消失,但它們將通過下列兩個途徑逐漸減少:
① 在反向電場作用下,P區(qū)電子被拉回N區(qū),N區(qū)空穴被拉回P區(qū),形成反向漂移電流IR,如下圖所示;
②與多數(shù)載流子復(fù)合。
在這些存儲電荷消失之前,PN結(jié)仍處于正向偏置,即勢壘區(qū)仍然很窄,PN結(jié)的電阻仍很小,與RL相比可以忽略,所以此時反向電流IR=(VR+VD)/RL。VD表示PN結(jié)兩端的正向壓降,一般 VR>>VD,即 IR=VR/RL。在這段期間,IR基本上保持不變,主要由VR和RL所決定。經(jīng)過時間ts后P區(qū)和N區(qū)所存儲的電荷已顯著減小,勢壘區(qū)逐漸變寬,反向電流IR逐漸減小到正常反向飽和電流的數(shù)值,經(jīng)過時間tt,二極管轉(zhuǎn)為截止。
由上可知,二極管在開關(guān)轉(zhuǎn)換過程中出現(xiàn)的反向恢復(fù)過程,實質(zhì)上由于電荷存儲效應(yīng)引起的,反向恢復(fù)時間就是存儲電荷消失所需要的時間。
二極管和一般開關(guān)的不同在于,“開”與“關(guān)”由所加電壓的極性決定, 而且“開”態(tài)有微小的壓降V f,“關(guān)”態(tài)有微小的電流i0。當(dāng)電壓由正向變?yōu)榉聪驎r, 電流并不立刻成為(- i0) , 而是在一段時間ts內(nèi), 反向電流始終很大, 二極管并不關(guān)斷。經(jīng)過ts后, 反向電流才逐漸變小, 再經(jīng)過tf時間, 二極管的電流才成為(- i0) , ts稱為儲存時間, tf稱為下降時間。tr= ts+ tf稱為反向恢復(fù)時間, 以上過程稱為反向恢復(fù)過程。這實際上是由電荷存儲效應(yīng)引起的, 反向恢復(fù)時間就是存儲電荷耗盡所需要的時間。該過程使二極管不能在快速連續(xù)脈沖下當(dāng)做開關(guān)使用。如果反向脈沖的持續(xù)時間比tr短, 則二極管在正、反向都可導(dǎo)通, 起不到開關(guān)作用。
烜芯微專業(yè)制造二極管,三極管,MOS管,橋堆20年,工廠直銷省20%,1500家電路電器生產(chǎn)企業(yè)選用,專業(yè)的工程師幫您穩(wěn)定好每一批產(chǎn)品,如果您有遇到什么需要幫助解決的,可以點擊右邊的工程師,或者點擊銷售經(jīng)理給您精準(zhǔn)的報價以及產(chǎn)品介紹