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肖特基二极管的详细解说


   肖特基势垒二极管SBD(Schottky Barrier Diode,简称肖特基二极管)是近年来间世的低功耗、大电流、半导体器件。其反向恢复时间短(可以小到几纳秒),正向导通压降仅0.4V左右,而整流电流却可达到几千安培。

1.结构原理
    肖特基二极管是贵金属(金、银、铝、铂等)A为正极,以N型半导体B为负极,利用二者接触面上形成的势垒具有整流特性而制成的多属-半导体器件。因为N型半导体中存在着大量的电子,贵金属中有少量的自由电子,所以电子便从浓度高的B中向浓度低的A中扩散。显然,金属A中没有空穴,也就不存在空穴自A向B的扩散运动。随着电子不断从B扩散到A,B表面电子浓度表面逐渐降轻工业部,表面电中性被破坏,于是就形成势垒,其电场方向为B→A。但在该电场作用之下,A中的电子也会产生从A→B的漂移运动,从而消弱了由于扩散运动而形成的电场。当建立起宽度的空间电荷区后,电场引起的电子漂移运动和浓度不同引起的电子扩散运动达到相对的平衡,便形成了肖特基势垒。
    典型的肖特基整流管的内部电路结构如图1所示。它是以N型半导体为基片,在上面形成用砷作掺杂剂的N-外延层。阳极(阻档层)金属材料是钼。二氧化硅(SiO2)用来消除边缘区域的电场,提高管子的耐压值。N型基片具有很小的通态电阻,其掺杂浓度较H-层要高100%。在基片下边形成N+阴极层,其作用是减小阴极的接触电阻。通过调整结构参数,可在基片与阳极金属之间形成合适的肖特基势垒,当加上正偏压E时,金属A和N型基片B分别接电源的正、负极,此时势垒宽度Wo变窄。加负偏压-E时,势垒宽度就增加,见图2。
    综上所述,肖特基整流管的结构原理与PN结整流管有很大的区别通常将PN结整流管称作结整流管,而把金属-半导管整流管叫作肖特基整流管,近年来,采用硅平面工艺制造的铝硅肖特基二极管也已问世,这可节省贵金属,大幅度降低成本。

    肖特基整流管仅用一种载流子(电子)输送电荷,在势垒外侧无过剩少数载流子的积累,因此,不存在电荷储存问题(Qrr→0),使开关特性获得时。其反向恢复时间已能缩短到10ns以内。但它的反向耐压值较低,一般不过去时100V。因此适宜在低压、大电流情况下工作。利用其低压降这特点,能提高低压、大电流整流(或续流)电路的效率。
    2.性能比较
    表1列出了肖特基二极管现快恢复二极管、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。由表可见,硅高速开关二极管的trr虽低,但平均整流电流很小,不能作大电流整流用。
    3.检测方法
    下面通过一个实例来介绍检测肖特基二极管的方法。检测内容包括:①识别电极;②检查管子的单向导电性;③测正向导压降VF;④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,外形如图4所示,将管脚按照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,数据整理成表2。
   测试结论:
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。      
二,因①—②、③—②之间的正向电阻只几欧姆,而反向电阻为大,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允许值VFM(0.55V)。
   另外使用ZC 25-3型兆欧表和500型万用表的250VDC档测出,内部两管的反向击穿电压VBR依次为140V、135V。查手册,B82-004的反向工作电压(即反向峰值电压)VBR=40V。

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