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(shì)壘二極管的簡(jiǎn)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(shì)壘二極管,它是一種熱載流子二極管。
快恢復(fù)二極管(簡(jiǎn)稱FRD)是一種具有開關(guān)特性好、反向恢復(fù)時(shí)間短特點(diǎn)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(shí)間較短,正向壓降較低,反向擊穿電壓(耐壓值)較高。
區(qū)別
肖特基二極管的基本原理是:在金屬(例如鉛)和半導(dǎo)體(N型硅片)的接觸面上,用已形成的肖特基來(lái)阻擋反向電壓。肖特基與PN結(jié)的整流作用原理有根本性的差異。其耐壓程度只有40V左右。其特長(zhǎng)是:開關(guān)速度非??欤悍聪蚧謴?fù)時(shí)間特別地短。因此,能制作開關(guān)二極管和低壓大電流整流二極管。
肖特基二極管它是具有肖特基特性的“金屬半導(dǎo)體結(jié)”的二極管。其正向起始電壓較低。其金屬層除鎢材料外,還可以采用金、鉬、鎳、鈦等材料。其半導(dǎo)體材料采用硅或砷化鎵,多為型半導(dǎo)體。這種器件是由多數(shù)載流子導(dǎo)電的,所以,其反向飽和電流較以少數(shù)載流子導(dǎo)電的PN結(jié)大得多。由于肖特基二極管中少數(shù)載流子的存貯效應(yīng)甚微,所以其頻率響僅為RC時(shí)間常數(shù)限制,因而,它是高頻和快速開關(guān)的理想器件。其工作頻率可達(dá)100GHz。并且,MIS(金屬-絕緣體-半導(dǎo)體)肖特基二極管可以用來(lái)制作太陽(yáng)能電池或發(fā)光二極管。
肖特基二極管利用金屬與半導(dǎo)體接觸所形成的勢(shì)壘對(duì)電流進(jìn)行控制。它的主要特點(diǎn)是具有較低的正向壓降(0.3V至0.6V);另外它是多子參與導(dǎo)電,這就比少子器件有更快的反應(yīng)速度。肖特基二極管常用在門電路中作為三極管集電極的箝位二極管,以防止三極管因進(jìn)入飽和狀態(tài)而降低開關(guān)速度。
肖特基勢(shì)壘二極管反向恢復(fù)時(shí)間極短(可以小到幾納秒),正向?qū)▔航祪H0.4V左右,而整流電流卻可達(dá)到幾千安培。這些優(yōu)良特性是快恢復(fù)二極管所無(wú)法比擬的。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,近年來(lái),采用硅平面工藝制造的鋁硅肖特基二極管也已問(wèn)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,肖特基整流管僅用一種載流子(電子)輸送電荷,在勢(shì)壘外側(cè)無(wú)過(guò)剩少數(shù)載流子的積累,因此,不存在電荷儲(chǔ)存問(wèn)題(Qrr→0),使開關(guān)特性獲得時(shí)顯改善。其反向恢復(fù)時(shí)間已能縮短到10ns以內(nèi)。但它的反向耐壓值較低,一般不超過(guò)去時(shí)100V。因此適宜在低壓、大電流情況下工作。利用其低壓降這特點(diǎn),能提高低壓、大電流整流(或續(xù)流)電路的效率 。
快恢復(fù)二極管是指反向恢復(fù)時(shí)間很短的二極管(5us以下),工藝上多采用摻金措施,結(jié)構(gòu)上有采用PN結(jié)型結(jié)構(gòu),有的采用改進(jìn)的PIN結(jié)構(gòu)。其正向壓降高于普通二極管(1-2V),反向耐壓多在1200V以下。
從性能上可分為快恢復(fù)和超快恢復(fù)兩個(gè)等級(jí)。前者反向恢復(fù)時(shí)間為數(shù)百納秒或更長(zhǎng),后者則在100納秒以下,快恢復(fù)二極管在制造工藝上采用摻金,單純的擴(kuò)散等工藝,可獲得較高的開關(guān)速度,同時(shí)也能得到較高的耐壓。目前快恢復(fù)二極管主要應(yīng)用在逆變電源中做整流元件。 快恢復(fù)二極管具有開關(guān)特性好,反向恢復(fù)時(shí)間短、正向電流大、體積小、安裝簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)。 超快恢復(fù)二極管SRD則是在快恢復(fù)二極管基礎(chǔ)上發(fā)展而成的,其反向恢復(fù)時(shí)間trr值已接近于肖特基二極管的指標(biāo)。它們可廣泛用于開關(guān)電源、脈寬調(diào)制器(PWM)、不間斷電源(UPS)、交流電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速(VVVF)、高頻加熱等裝置中,作高頻、大電流的續(xù)流二極管或整流管,是極有發(fā)展前途的電力、電子半導(dǎo)體器件。
反向恢復(fù)時(shí)間,什么是反向恢復(fù)時(shí)間?當(dāng)外加二極管的電壓瞬間從正向轉(zhuǎn)到反向時(shí),流經(jīng)器件的電流并不能相應(yīng)地瞬間從正向電流轉(zhuǎn)換為反向電流。此時(shí),正向注入的少數(shù)載流子(空穴)被空間電荷區(qū)的強(qiáng)電場(chǎng)抽取,由于這些空穴的密度高于基區(qū)平衡空穴密度,因而在反向偏置瞬間將產(chǎn)生一個(gè)遠(yuǎn)大于反向漏電流的反向電流,即反向恢復(fù)電流IRM.與此同時(shí),符合過(guò)程的強(qiáng)化也在加速這些額外載流子密度的下降,直到基區(qū)中積累的額外載流子的完全消失,反向電流才下降并穩(wěn)定到反向漏電流。整個(gè)過(guò)程所經(jīng)歷的時(shí)間為反向恢復(fù)時(shí)間。 反向恢復(fù)時(shí)間trr的定義是:電流通過(guò)零點(diǎn)由正向轉(zhuǎn)換到規(guī)定低值的時(shí)間間隔。它是衡量高頻續(xù)流及整流器件性能的重要技術(shù)指標(biāo)。反向恢復(fù)電流IF為正向電流,IRM為最大反向恢復(fù)電流。 Irr為反向恢復(fù)電流,通常規(guī)定Irr=0.1IRM。當(dāng)t≤t0時(shí),正向電流I=IF。當(dāng)t》t0時(shí),由于整流器件上的正向電壓突然變成反向電壓,因此正向電流迅速降低,在t=t1時(shí)刻,I=0。然后整流器件上流過(guò)反向電流IR,并且IR逐漸增大;在t=t2時(shí)刻達(dá)到最大反向恢復(fù)電流IRM值。此后受正向電壓的作用,反向電流逐漸減小,并在t=t3時(shí)刻達(dá)到規(guī)定值Irr。從t2到t3的反向恢復(fù)過(guò)程與電容器放電過(guò)程有相似之處。
快恢復(fù)、超快恢復(fù)二極管的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 快恢復(fù)二極管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與普通二極管不同,它是在P型、N型硅材料中間增加了基區(qū)I,構(gòu)成P-I-N硅片。由于基區(qū)很薄,反向恢復(fù)電荷很小,不僅大大減小了trr值,還降低了瞬態(tài)正向壓降,使管子能承受很高的反向工作電壓??旎謴?fù)二極管的反向恢復(fù)時(shí)間一般為幾百納秒,正向壓降約為0.6V,正向電流是幾安培至幾千安培,反向峰值電壓可達(dá)幾百到幾千伏。超快恢復(fù)二極管的反向恢復(fù)電荷進(jìn)一步減小,使其trr可低至幾十納秒。 20A以下的快恢復(fù)及超快恢復(fù)二極管大多采用TO-220封裝形式。測(cè)量反向恢復(fù)時(shí)間,由直流電流源供規(guī)定的IF,脈沖發(fā)生器經(jīng)過(guò)隔直電容器C加脈沖信號(hào),利用電子示波器觀察到的trr值,即是從I=0的時(shí)刻到IR=Irr時(shí)刻所經(jīng)歷的時(shí)間。 設(shè)器件內(nèi)部的反向恢電荷為Qrr,有關(guān)trr≈2Qrr/IRM可知,當(dāng)IRM為一定時(shí),反向恢復(fù)電荷愈小,反向恢復(fù)時(shí)間就愈短。
常規(guī)檢測(cè)方法 在業(yè)余條件下,利用萬(wàn)用表能檢測(cè)快恢復(fù)、超快恢復(fù)二極管的單向?qū)щ娦裕约皟?nèi)部有無(wú)開路、短路故障,并能測(cè)出正向?qū)▔航?。若配以兆歐表,還能測(cè)量反向擊穿電壓。實(shí)例:測(cè)量一只超快恢復(fù)二極管,其主要參數(shù)為:trr=35ns,IF=5A,IFSM=50A,VRM=700V。將萬(wàn)用表?yè)苤罵&TImes;1檔,讀出正向電阻為6.4?,n′=19.5格;反向電阻則為無(wú)窮大。 進(jìn)一步求得VF=0.03V/格&TImes;19.5=0.585V。證明管子是好的。