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肖特基二极管
来源:深圳市赛亿科技开发有限公司作者:日期:2017-12-16 14:48:35点击:2227次
肖特基二(Schottky)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(SchottkyBarrierDiode,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。
 
中文名 外文名 发明人 简称
肖特基二极管 SchottkyBarrierDiode 肖特基博士 SBD
 
目录
 
1、肖特基二极管的作用
2、肖特基二极管的结构
3、肖特基二极管的原理
4、稳压二极管与肖特基二极管的区别
5、肖特基二极管的检测
6、肖特基二极管的主要特点
7、肖特基二极管应用
8、肖特基二极管的选用
9、肖特基二极管优点
10、肖特基二极管缺点
 
 
肖特基二极管的作用:
肖特基(Schottky)二极管,又称肖特基势垒二极管,是以金属和半导体接触形成的势垒为基础的二极管,简称肖特基二极管。与普通二极管(多指用PN结形成的硅二极管)相比最显著的特点为反向恢复时间极短(可以小到几纳秒),正向导通压降更低,仅0.4V左右。它也有一些缺点:耐压比较低,漏电流较大。其多用作高频、低压、大电流整流二极管(比如开关电源次极整流二极管),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。在通信电源、变频器等中比较常见。而普通二极管只能用在低频整流场合,耐压可以做得更高。
 
 
肖特基二极管的结构:
肖特基二极体是利用金属-半导体接面作为肖特基势垒,以产生整流的效果,和一般二极管中由半导体-半导体接面产生的P-N接面不同。肖特基势垒的特性使得肖特基二极体的导通电压降较低,而且可以提高切换的速度。
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。
 
肖特基二极管分为有引线和表面安装(贴片式)两种封装形式。采用有引线式封装的肖特基二极管通常作为高频大电流整流二极管、续流二极管或保护二极管使用。它有单管式和对管(双二极管)式两种封装形式。
 
肖特基对管又有共阴(两管的负极相连)、共阳(两管的正极相连)和串联(一只二极管的正极接另一只二极管的负极)三种管脚引出方式。采用表面封装的肖特基二极管有单管型、双管型和三管型等多种封装形式。
 
肖特基二极管的原理:
在金属(例如铅)和半导体(N型硅片)的接触面上,用已形成的肖特基来阻挡反向电压。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。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(Schottky Barrier Diode)是具有肖特基特性的“金属半导体结”的二极管。其正向起始电压较低。其金属层除钨材料外,还可以采用金、钼、镍、钛等材料。其半导体材料采用硅或砷化镓,多为型半导体。这种器件是由多数载流子导电的,所以,其反向饱和电流较以少数载流子导电的PN结大得多。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。并且,MIS(金属-绝缘体-半导体)肖特基二极管可以用来制作太阳能电池或发光二极管。
肖特基二极管利用金属与半导体接触所形成的势垒对电流进行控制。它的主要特点是具有较低的正向压降(0.3V至0.6V);另外它是多子参与导电,这就比少子器件有更快的反应速度。肖特基二极管常用在门电路中作为三极管集电极的箝位二极管,以防止三极管因进入饱和状态而降低开关速度。
 
稳压二极管与肖特基二极管的区别:
 
肖特基二极管正向导通电压很低,只有0.4v,反向在击穿电压之前不会导通,起到快速反应开关的作用。
稳压二极管正向导通电压跟普通二级管一样约为0.7v,反向状态下在临界电压之前截止,在达到临界电压的条件下会处于导通的状态,电压也不再升高,所以用在重要元器件上,起到稳压作用。
 
肖特基二极管的检测:
 
5.1.性能比较:
肖特基二极管现超快恢复二极管、快恢复二极管、硅高频整流二极管、硅高速开关二极管的性能比较。可见,硅高速开关二极管的trr虽极低,但平均整流电流很小,不能作大电流整流用。
5.2.检测方法:
检测内容包括:a.识别电极;b.检查管子的单向导电性;c.测正向导压降VF;d.测量反向击穿电压VBR。
被测管为B82-004型肖特基管,共有三个管脚,将管脚按照正面(字面朝向人)从左至右顺序编上序号①、②、③。选择500型万用表的R×1档进行测量,全部数据整理如下:
第一,根据①—②、③—④间均可测出正向电阻,判定被测管为共阴对管,①、③脚为两个阳极,②脚为公共阴极。
第二,因①—②、③—②之间的正向电阻只几欧姆,而反向电阻为无穷大,故具有单向导电性。
第三,内部两只肖特基二极管的正向导通压降分别为0.315V、0.33V,均低于手册中给定的最大允许值VFM(0.55V)。
 
肖特基二极管的主要特点:
 
6.1.设计特点
该管在设计中采用了势垒高度фB较低的金属,并尽量减小理想因子П值。因为φB决定了伏安特性曲线的上升阈值,而П值决定了电流随电压上升的快慢。适当调整工艺,使之形成富硅硅化物的肖特基的势垒接触,以达到正向电压阈值低、曲线起始上升快的目标。
6.2.结构特点
该管设计和采用的零部件及组装均符合GB7581《半导体分立器件外形尺寸》的标准要求,为减小封装串联电阻,降低正向压降,尽量加大了引线与芯片的接触面积。采用了宽“S”形弯曲触须压力接触的镀金上引线,增强了抗浪涌电流的冲击能力。用美军标准规定的DO-7玻壳封装,轴向引线,壳体透明,具有体积小、重量轻、可靠性高的特点。
6.3..工艺与设备特点
形成富硅硅化物势垒接触的工艺技术是影响该管电参数性能及可靠性的关键所在。通过大量的优化实验,对溅射和退火等关键工艺的参数和条件进行了优化,选出了最佳的工艺方案,以达到最佳势垒金属厚度和形成最佳表面,使管芯获得最好的电参数性能及较高的成品率。
封装前对芯片进行100%的镜检,剔除有缺陷的芯片,采用从美国进口的BTU链式烧结炉和LORLIN计算机测试系统与其他符合美军标DO-7的封装生产线,使用低温烧结,高纯氮保护和不锈钢夹具等,保证了环境的洁净度和工艺的稳定性,大大提高了产品的封装成品率。
6.4..管理特点
该产品的设计制造按ISO9002标准和“七专”产品管理办法进行生
产技术质量管理。
 
肖特基二极管应用:
7.1.由于该二极管的正向压降低、功耗小、反向恢复快、转换效率高,可应用于通信设备、遥测系统及各种控制机器中作调制、解调、限制、逻辑、整流等部分;
7.2. 其大电流特性好、响应快,可广泛在开关、整流线路中直接替代2AK、2AP系列锗二极管;C. 由于该型二极管承受反向脉冲能量冲击及高温特性好,该管可应用在外界环境变化较大的场合中。
 
肖特基二极管的选用:
 
要根据开关电源所要输出的电压VO、电流IO、散热情况、负载情况、安装要求、所要求的温升等确定所要选用的肖特基二极管种类。
在一般的设计中,我们要留出一定的余量。比如,VR只用到其额定值的80%以下(特殊情况下可控制到50%以下),IF用到其额定值的40%以下。
在单端反激(FLY-BACK)开关电源中,假定一产品:输入电压
 
VIMAX=350VDC,输出电压VO=5V,电流IO=1A。见图1
图1 单端反激开关电源
根据计算公式,要求整流二极管的反向电压 VR、正向电流IF满足下面的条件:
VR≥2VI×NS/NP
IF≥2IO/(1-θMAX),其中:NS/NP 变压器次、初级匝比θMAX 最大占空比
假设,NS/NP=1/20,θMAX=0.35,则VR≥2×350/20=35(V),IF≥2×1/(1-0.35)=3(A)
这样,我们可以参考选用SR340或1N5822。
若产品为风扇冷却,则管子可以把余量留小一些。
TO220、TO3P封装的管子有全包封、半包封之分这要根据具体情况选用。
半包封管子的散热优于全包封的管子,但需注意其散热器和中间管脚相通。
负载若为容性负载,建议IF再留出20%的余量。
注意功率肖特基二极管的散热和安装形式,要搞清楚产品为自然冷却还是风扇冷却,管子要安装在易通风散热的地方,以提高产品的可靠性。TO-220、TO-3P型的管子与散热器之间要加导热硅脂,使管子与散热器之间接触良好。
 
肖特基二极管优点:
 
9.1.正向压降低,约只有一般硅二极管的一半。在下向导通时由于正向电压低消耗的二极管上的功耗也小。
9.2.反向恢复时间小,比超快速恢复管还要小得多。在高频电路中除了正向导通功耗外还有较大的功耗就是开关功耗,反向恢复时间越小开关功耗也就越小。
 
肖特基二极管缺点:
 
肖特基二极体最大的缺点是其反向偏压较低及反向漏电流偏大,像使用硅及金属为材料的肖特基二极体,其反向偏压额定耐压最高只到 50V,而反向漏电流值为正温度特性,容易随着温度升高而急遽变大,实务设计上需注意其热失控的隐忧。为了避免上述的问题,肖特基二极体实际使用时的反向偏压都会比其额定值小很多。不过目前肖特基二极体的技术也已有了进步,其反向偏压的额定值最大可以到200V.
常见的肖特基二极管有MBR20200、MBR2045、MBR1045、MBR20100、MBR10100等等。肖特基(Schottky)二极管的最大特点是正向压降 VF 比较小。在同样电流的情况下,它的正向压降要小许多。另外它的恢复时间短。它也有一些缺点:耐压比较低,漏电流稍大些。选用时要全面考虑。