SBD的結(jié)構(gòu)及特點使其適合于在低壓、大電流輸出場合用作高頻整流,在非常高的頻率下(如X波段、C波段、S波段和Ku波段)用于檢波和混頻,在高速邏輯電路中用作箝位。在IC中也常使用SBD,像SBD?TTL集成電路早已成為TTL電路的主流,在高速計算機中被廣泛采用。
除了普通PN結(jié)二極管的特性參數(shù)之外,用于檢波和混頻的SBD電氣參數(shù)還包括中頻阻抗(指SBD施加額定本振功率時對指定中頻所呈現(xiàn)的阻抗,一般在200Ω~600Ω之間)、電壓駐波比(一般≤2)和噪聲系數(shù)等。
9作用
肖特基二極管肖特基(Schottky)二極管,又稱肖特基勢壘二極管(簡稱 SBD),它屬一種低功耗、超高速半導(dǎo)體器件。最顯著的特點為反向恢復(fù)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(yīng)用,是在雙極型晶體管 BJT 的開關(guān)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(dǎo)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(guān)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(shù)。
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(fù)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。
10檢測
肖特基(Schottky)二極管也稱肖特基勢壘二極管(簡稱SBD),它是一種低
肖特基二極管結(jié)構(gòu)符號特性曲線
功耗、超高速半導(dǎo)體器件,廣泛應(yīng)用于開關(guān)電源、變頻器、驅(qū)動器等電路,作高頻、低壓、大電流整流二極管、續(xù)流二極管、保護二極管使用,或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。
性能比較
下表列出了肖特基二極管和超快恢復(fù)二極管、快恢復(fù)二極管、硅高頻整流二極管、硅高速開關(guān)二極管的性能比較。由表可見,硅高速開關(guān)二極管的trr雖極低,但平均整流電流很小,不能作大電流整流用。
檢測方法
下面通過一個實例來介紹檢測肖特基二極管的方法。檢測內(nèi)容包括:①識別電極;②檢查管子的單向?qū)щ娦裕虎蹨y正向?qū)航?span>VF
;④測量反向擊穿電壓VBR。被測管為B82-004型肖特基管,共有三個管腳,將管腳按照正面(字面朝向人)從左至右順序編上序號①、②、③。選擇500型萬用表的R×1檔進行測量,全部數(shù)據(jù)整理成下表:
肖特基二極管測試結(jié)論:
第一,根據(jù)①—②、③—④間均可測出正向電阻,判定被測管為共陰對管,①、③腳為兩個陽極,②腳為公共陰極。
第二,因①—②、③—②之間的正向電阻只幾歐姆,而反向電阻為無窮大,故具有單向?qū)щ娦浴?
第三,內(nèi)部兩只肖特基二極管的正向?qū)▔航捣謩e為0.315V、0.33V,均低于手冊中給定的最大允許值VFM(0.55V)。
另外使用ZC 25-3型兆歐表和500型萬用表的250VDC檔測出,內(nèi)部兩管的反向擊穿電壓VBR依次為140V、135V。查手冊,B82-004的最高反向工作電壓(即反向峰值電壓)VBR=40V。表明留有較高的安全系數(shù).
11其它
高壓SBD
長期以來,在輸出12V~24V的SMPS中,次級邊的高頻整流器只有選用100V
肖特基二極管
的SBD或200V的FRED。在輸出24V~48V的SMPS中,只有選用200V~400V的FRED。設(shè)計者迫切需要介于100V~200V之間的150VSBD和用于48V輸出SMPS用的200VSBD。近兩年來,美國IR公司和APT公司以及ST公司瞄準高壓SBD的巨大商機,先后開發(fā)出150V和200V的SBD。這種高壓SBD比原低壓SBD在結(jié)構(gòu)上增加了PN結(jié)工藝,形成肖特基勢壘與PN結(jié)相結(jié)合的混合結(jié)構(gòu),如圖2所示。采用這種結(jié)構(gòu)的SBD,擊穿電壓由PN結(jié)承受。通過調(diào)控N-區(qū)電阻率、外延層厚度和P+區(qū)的擴散深度,使反偏時的擊穿電壓突破了100V這個長期不可逾越的障礙,達到150V和200V。在正向偏置時,高壓SBD的PN結(jié)的導(dǎo)通門限電壓為0.6V,而肖特基勢壘的結(jié)電壓僅約0.3V,故正向電流幾乎全部由肖特基勢壘供給。
為解決SBD在高溫下易產(chǎn)生由金屬-半導(dǎo)體的整流接觸變?yōu)闅W姆接觸而失去導(dǎo)電性這一肖特基勢壘的退化問題,APT公司通過退火處理,形成金屬-金屬硅化物-硅勢壘,從而提高了肖特基勢壘的高溫性能與可靠性。
肖特基二極管參數(shù)
ST公司研制的150VSBD,是專門為在輸出12V~24V的SMPS中替代200V的高頻整流FRED而設(shè)計的。像額定電流為2×8A的STPS16150CT型SBD,起始電壓比業(yè)界居先進水平的200V/2×8AFRED(如STRR162CT)低0.07V(典型值為0.47V),導(dǎo)通電阻RD(125℃)低6.5mΩ(典型值為40mΩ),導(dǎo)通損耗低0.18W(典型值為1.14W)。
APT公司推出的APT100S20B、APT100S20LCT和APT2×10IS20型200VSBD,正向平均電流IF(AV)=100A,正向壓降VF≤0.95V,雪崩能量EAS=100mJ。EAS的表達式為
EAS=VRRM×IAS×td
在式(1)中,200VSBD的VRRM=200V,IAS為雪崩電流,并且IAS≈IF=100A,EAS=100mJ。在IAS下不會燒毀的維持時間:td=EAS/(VRRM×IAS)=1000mJ/(200V×100A)=5μs。也就是說,SBD在出現(xiàn)雪崩之后IAS=100A時,可保證在5μs之內(nèi)不會損壞器件。EAS是檢驗肖特基勢壘可靠性的重要參量200V/100A的SBD在48V輸出的通信SMPS中可替代等額定值的FRED,使整流部分的損耗降低10%~15%。由于SBD的超快軟恢復(fù)特性及其雪崩能量,提高了系統(tǒng)工作頻率和可靠性,EMI也得到顯著的改善。
業(yè)界人士認為,即使不采用新型半導(dǎo)體材料,通過工藝和設(shè)計創(chuàng)新,SBD的耐壓有望突破200V,但一般不會超過600V。
SiC高壓SBD
由于Si和GaAs的勢壘高度和臨界電場比寬帶半導(dǎo)體材料低,用其制作的SBD擊穿電壓較低,反向漏電流較大。碳化硅(SiC)材料的禁帶寬度大(2.2eV~3.2eV),臨界擊穿電場高(2V/cm~4×106V/cm),飽合速度快(2×107cm/s),熱導(dǎo)率高為4.9W/(cm·K),抗化學腐蝕性強,硬度大,材料制備和制作工藝也比較成熟,是制作高耐壓、低正向壓降和高開關(guān)速度SBD的比較理想的新型材料。
1999年,美國Purdue大學在美國海軍資助的MURI項目中,研制成功4.9kV的SiC功率SBD,使SBD在耐壓方面取得了根本性的突破。 SBD的正向壓降和反向漏電流直接影響SBD整流器的功率損耗,關(guān)系到系統(tǒng)效率。低正向壓降要求有低的肖特基勢壘高度,而較高的反向擊穿電壓要求有盡可能高的勢壘高度,這是相矛盾的。因此,對勢壘金屬必須折衷考慮,故對其選擇顯得十分重要。對N型SiC來說,Ni和Ti是比較理想的肖特基勢壘金屬。由于Ni/SiC的勢壘高度高于Ti/SiC,故前者有更低的反向漏電流,而后者的正向壓降較小。為了獲得正向壓降低和反向漏電流小的SiCSBD,采用Ni接觸與Ti接觸相結(jié)合、高/低勢
肖特基二極管
壘雙金屬溝槽(DMT)結(jié)構(gòu)的SiCSBD設(shè)計方案是可行的。采用這種結(jié)構(gòu)的SiCSBD,反向特性與Ni肖特基整流器相當,在300V的反向偏壓下的反向漏電流比平面型Ti肖特基整流器小75倍,而正向特性類似于NiSBD。采用帶保護環(huán)的6H-SiCSBD,擊穿電壓達550V。
據(jù)報道,C.M.Zetterling等人采用6H?SiC襯底外延10μm的N型層,再用離子注入形成一系列平行P+條,頂層勢壘金屬選用Ti,這種結(jié)構(gòu)與圖2相類似的結(jié)勢壘肖特基(JunctionBarrierSchottky,縮寫為JBS)器件,正向特性與Ti肖特基勢壘相同,反向漏電流處于PN結(jié)和Ti肖特基勢壘之間,通態(tài)電阻密度為20mΩ·cm2,阻斷電壓達1.1kV,在200V反向偏壓下的漏電流密度為10μA/cm2。此外,R·Rayhunathon報道了關(guān)于P型4H?SiCSBD、6H?SiCSBD的研制成果。這種以Ti作為金屬勢壘的P型4H?SiCSBD和6H?SiCSBD,反向擊穿電壓分
肖特基二極管
別達600V和540V,在100V反向偏壓下的漏電流密度小于0.1μA/cm2(25℃)。
SiC是制作功率半導(dǎo)體器件比較理想的材料,2000年5月4日,美國CREE公司和日在SBD方面,采用SiC材料和JBS結(jié)構(gòu)的器件具有較大的發(fā)展?jié)摿?。在高壓功率二極管領(lǐng)域,SBD肯定會占有一席之地。 肖特基二極管常見的型號: MBR300100CT
MBR400100CT
MBR500100CT
MBR600100CT
MBR30050CT
MBR40050CT
MBR50050CT
MBR60050CT