肖特基二極管簡介
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。
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(chǎn)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(qū)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(nèi)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(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)整結構參數(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(nèi)阻變小;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，肖特基整流管的結構原理與PN結整流管有很大的區(qū)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(jié)省貴金屬，大幅度降低成本，還改善了參數(shù)的一致性。
肖特基二極管結構
新型高壓SBD的結構和材料與傳統(tǒng)SBD是有區(qū)別的。傳統(tǒng)SBD是通過金屬與半導體接觸而構成。金屬材料可選用鋁、金、鉬、鎳和鈦等，半導體通常為硅(Si)或砷化鎵(GaAs)。由于電子比空穴遷移率大，為獲得良好的頻率特性，故選用N型半導體材料作為基片。為了減小SBD的結電容，提高反向擊穿電壓，同時又不使串聯(lián)電阻過大，通常是在N+襯底上外延一高阻N-薄層。其結構示圖如圖1(a)，圖形符號和等效電路分別如圖1(b)和圖1(c)所示。在圖1(c)中，CP是管殼并聯(lián)電容，LS是引線電感，RS是包括半導體體電阻和引線電阻在內(nèi)的串聯(lián)電阻，Cj和Rj分別為結電容和結電阻(均為偏流、偏壓的函數(shù))。 大家知道，金屬導體內(nèi)部有大量的導電電子。當金屬與半導體接觸(二者距離只有原子大小的數(shù)量級)時，金屬的費米能級低于半導體的費米能級。在金屬內(nèi)部和半導體導帶相對應的分能級上，電子密度小于半導體導帶的電子密度。因此，在二者接觸后，電子會從半導體向金屬擴散，從而使金屬帶上負電荷，半導體帶正電荷。由于金屬是理想的導體，負電荷只分布在表面為原子大小的一個薄層之內(nèi)。而對于N型半導體來說，失去電子的施主雜質(zhì)原子成為正離子，則分布在較大的厚度之中。電子從半導體向金屬擴散運動的結果，形成空間電荷區(qū)、自建電場和勢壘，并且耗盡層只在N型半導體一邊(勢壘區(qū)全部落在半導體一側(cè))。勢壘區(qū)中自建電場方向由N型區(qū)指向金屬，隨熱電子發(fā)射自建場增加，與擴散電流方向相反的漂移電流增大，最終達到動態(tài)平衡，在金屬與半導體之間形成一個接觸勢壘，這就是肖特基勢壘。
在外加電壓為零時，電子的擴散電流與反向的漂移電流相等，達到動態(tài)平衡。在加正向偏壓(即金屬加正電壓，半導體加負電壓)時，自建場削弱，半導體一側(cè)勢壘降低，于是形成從金屬到半導體的正向電流。當加反向偏壓時，自建場增強，勢壘高度增加，形成由半導體到金屬的較小反向電流。因此，SBD與PN結二極管一樣，是一種具有單向?qū)щ娦缘姆蔷€性器件。
肖特基二極管特點
1)由于肖特基勢壘高度低于PN結勢壘高度，故其正向?qū)ㄩT限電壓和正向壓降都比PN結二極管低(約低0.2V)。
2)由于SBD是一種多數(shù)載流子導電器件，不存在少數(shù)載流子壽命和反向恢復問題。SBD的反向恢復時間只是肖特基勢壘電容的充、放電時間，完全不同于PN結二極管的反向恢復時間。由于SBD的反向恢復電荷非常少，故開關速度非常快，開關損耗也特別小，尤其適合于高頻應用。
肖特基二極管優(yōu)點
SBD具有開關頻率高和正向壓降低等優(yōu)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(shù)校正(PFC)電路中功率開關器件的續(xù)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(fā)展趨勢。因此，發(fā)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(jīng)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。
肖特基二極管缺點
肖特基二極體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體，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遽變大，實務設計上需注意其熱失控的隱憂。為了避免上述的問題，肖特基二極體實際使用時的反向偏壓都會比其額定值小很多。不過肖特基二極體的技術也已有了進步，其反向偏壓的額定值最大可以到200V
肖特基二極管有什么作用
肖特基二極管肖特基它屬一種低功耗、超高速半導體器件。最顯著的特點為反向恢復時間極短(可以小到幾納秒)，正向?qū)▔航祪H0.4V左右。其多用作高頻、低壓、大電流整流二極管、續(xù)流二極管、保護二極管，也有用在微波通信等電路中作整流二極管、小信號檢波二極管使用。在通信電源、變頻器等中比較常見。
一個典型的應用，是在雙極型晶體管 BJT 的開關電路里面，通過在 BJT 上連接 Shockley 二極管來箝位，使得晶體管在導通狀態(tài)時其實處于很接近截止狀態(tài)，從而提高晶體管的開關速度。這種方法是 74LS，74ALS，74AS 等典型數(shù)字 IC 的 TTL內(nèi)部電路中使用的技術。
肖特基(Schottky)二極管的最大特點是正向壓降 VF 比較小。在同樣電流的情況下，它的正向壓降要小許多。另外它的恢復時間短。它也有一些缺點：耐壓比較低，漏電流稍大些。選用時要全面考慮。
如何萬用表檢測肖特基二極管的好壞
(1)二端型肖特基二極管的檢測
1)用指針式萬用表檢測。將萬用表置于“R&TImes;1”擋檢測，黑表筆接正極，紅表筆接負極。正常時，其正向電阻值為2.5~3.5Ω，反向電阻值為無窮大。若測得正、反向電阻值均為無窮大或均接近0，則說明該肖特基二極管已開路或已被擊穿損壞。
2)用數(shù)字式萬用表檢測
將萬用表置于二極管擋，測量二端型肖特基二極管的正、反向電阻值。正常時，其正向電阻值(紅表筆接正極)為2.5—3.5Ω，反向電阻值為無窮大。若測得正、反向電阻值均為無窮大或均接近0，則說明該肖特基二極管已開路或已被擊穿損壞，如圖5—44所示。
(2)三端型肖特基二極管的檢測
三端型肖特基二極管應先測出其公共端，判別出是共陰對管，還是共陽對管，然后再分別測量兩個二極管的正、反向電阻值?，F(xiàn)以兩只分別為共陰對管和共陽對管的肖特基二極管測試為例，說明具體的檢測方法，將引腳分別標號為l、2和3，萬用表置于“R&TImes;1’’擋進行下述三步測試，如圖5—45所示。
第一步：測量1、3引腳正、反向電阻值，若為無窮大，則說明這兩個電極無單向?qū)щ娦浴?/p>
第二步：將黑表筆接1引腳、紅表筆接2引腳，如果測得的阻值為尤窮大，冉將紅黑表筆對調(diào)進行測量，如果所測阻值為2.5~3.5Ω，則說明2、l引腳具有單向?qū)щ娞匦?，?引腳為正、1引腳為負。
第三步：將黑表筆接3引腳、紅表筆接2引腳，如果測得的阻值為無窮大，再調(diào)換紅黑表筆后進行測量，如果所測阻值為2.5~3.5Ω，則說明2、3引腳具有單向?qū)щ娞匦裕?引腳為正、3引腳為負。
根據(jù)上述三步測量結果，即可判斷被測肖特基二極管為一只共陽對管，其中2引腳為公共陽極，1、3引腳為兩個陰極。相反的則為共陰對管。
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