肖特基二极管 - 工作，特点，应用

肖特基势垒二极管是一种半导体二极管，其正向电压最小，开关速度快，可低至10ns。这些产品的电流范围为500毫安至5安培，最高可达40伏。由于这些特性，它们特别适用于低电压，高频应用，如SMPS，以及高效的自由轮二极管。

该设备的符号如下图所示:

内部建筑

肖特基二极管的结构与传统的p-n结二极管不同。它们不是p-n结，而是用a金属半导体结如下所示。

半导体部分主要使用n型硅，也有许多不同的材料，如铂、钨、钼、铬等。二极管可能有不同的特性，取决于所使用的材料，使他们有增强的开关速度，更低的正向压降等。

它是如何工作的

在肖特基二极管中，电子成为半导体材料中的大多数载体，而金属呈现极小的少数载体（孔）。当两种材料链接时，存在于硅半导体中的电子开始快速地朝向所连接的金属流动，导致多个载体的大规模转移。由于它们的动能增加而不是金属，它们通常被称为“热载体”。

少数载流子的正常P-n结二极管注入不同的相邻极性。虽然在肖特基二极管电子中，电子注入具有相同极性的区域。

朝向金属的巨大涌入导致硅材料的载体的重量损失在接近与结表面接近的区域，这类似于其他二极管的P-N结的耗尽区。金属中的附加载流子在金属和半导体之间的金属之间产生“负壁”，其块进一步进入电流。意思是肖特基二极管内硅半导体的带负电的电子有助于载流量区域以及金属表面处的负壁。

如下图所示，在第一象限施加正向偏置电流，由于该区域电子的正吸引，导致负势垒的能量减少。这就导致了大量的电子穿过边界返回。这些电子的大小取决于施加偏压的电势的大小。

普通二极管和肖特基二极管的区别

与正常的P-N结二极管相比，肖特基二极管中的屏障结较低，两者都在前进和反向偏置区域。

这使得肖特基二极管在相同水平的偏置电位下，无论是正向偏置区还是反向偏置区，都有更好的电流传导。这在正向偏置区域是一个很好的特征，但在反向偏置区域是不好的。

用于向前和反向偏置区域的半导体二极管的一般特性的定义由等式表示：

一世_D.=我_S.（E.^{KVD / TK.}1)

其中=反向饱和电流
K = 11,600 /η，对于锗材料，η= 2用于硅材料

相同的等式描述了下图中肖特基二极管中的电流的指数上升，但是因子η是由二极管的结构的类型确定的。

在反向偏置区域，电流是主要是由于这些金属电子进入半导体材料。

温度特性

对于肖特基二极管，一直以来研究的主要方面之一是如何在超过100°C的高温下使其泄漏电流最小。

这导致生产更好，更改进的设备，即使在65至+ 150°C之间的极端温度下也能有效地工作。

在典型的房间温度中，这种泄漏可以是低功率肖特基二极管的微肿块，以及高功率器件的毫安范围。

然而，与相同功率规格的正常P-N二极管相比，这些数字更大。此外，此外评级肖特基二极管比传统二极管要小得多。

例如，正常情况下，一个50安培的设备可能有50 V的PIV额定，而这可能高达150 V的正常50安培二极管。也就是说，最近的改进使肖特基二极管在相似安培值下的PIV额定值超过100 V。

从上述图形表示变得非常清楚，即肖特基二极管归因于几乎理想的特性集，甚至比晶体二极管更好（点接触二极管）。点接触二极管的前向下降通常低于正常的P-N结二极管。

肖特基二极管的VT或正向电压降在很大程度上由内部的金属确定。在温度和VT水平的影响之间发生权衡。如果这些参数之一增加，则另一个也增加了降低设备的效率水平。此外，VT还取决于电流范围，降低允许值确保较低的VT值。在近似评估中，VT向前液位可以基本上为给定的低级单元为零为零。对于中等和更高的电流范围，向前跌落值可能约为0.2V，这似乎是一个良好的代表价值。

目前肖特基二极管的最大可容忍电流范围大约是75安培，尽管高达100安培也可能很快就会出现。

肖特基二极管的应用

肖特基二极管的主要应用领域是开关电源或SMPS，旨在使用超过20 kHz的频率。

通常，一个50安培肖特基二极管在室温下的额定正向电压为0.6 V，恢复时间为10 ns，专门设计用于SMPS应用。另一方面，在相同的电流规格下，一个普通的p-n结二极管可以表现出1.1 V的正向降和大约30到50 ns的恢复时间。

You may find the above forward voltage difference to be quite small, however if we look at the the power dissipation level between the two: P(hot carrier) = 0.6 x 50 = 30 watts, and P(p-n) = 1.1 x 50 = 55 watts, which is quite a measurable difference, that can harm the efficiency of the SMPS critically.

虽然肖特基二极管在反向偏置区耗散略高，但正向和反向偏置的净耗散仍比p-n结二极管好得多。

反向恢复时间

在普通的P-N半导体二极管中，由于注入的少数载波，反向恢复时间（TRR）很高。

在肖特基二极管由于极低的少数载体，反向恢复时间基本上很低。这就是为什么肖特基二极管能够如此有效地工作，即使在20 GHz的频率下，这需要设备以极快的速度切换。

对于比这更高的频率，由于它们非常微小的结区域或点连接区域，仍然采用点接触二极管或晶体二极管。

肖特基二极管等效电路

下一幅图描绘了肖特基二极管典型值的等效电路。毗邻符号是设备的标准符号。

电感LP和电容CP是包装本身中指定的值，RB构成了由接触电阻和散热性构成的串联电阻。

电阻RD和电容CJ的值根据前段讨论的计算。

肖特基二极管规格图

下图提供了由摩托罗拉半导体产品制造的热载体整流器列表，以及其规格和引脚详细信息。