肖特基二极管

肖特基二极体(英语:Schottky diode),又译萧特基二极体,是一种导通电压降较低、允许高速切换的二极体,是利用萧特基能障特性而产生的电子元件,其名称是为了纪念德国物理学家华特·萧特基(Walter H. Schottky)。

肖特基二极体的符号
各种不同的肖特基二极体,左侧是小信号的肖特基二极体,中间和右侧则是中高功率的肖特基二极体

肖特基二极体的导通电压非常低。一般的二极体在电流流过时,会产生约 0.7-1.7 伏特的电压降,不过肖特基二极体的电压降只有 0.15-0.45 伏特,因此可以提升系统的效率。

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,和一般二极体中由半导体-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。

反向恢复时间

肖特基二极体和一般二极体最大的差异在于反向恢复时间,也就是二极体由流过正向电流的导通状态,切换到不导通状态所需的时间。

一般二极体的反向恢复时间大约是数百nS[注 1],若是高速二极体则会低于一百 nS,肖特基二极体没有反向恢复时间,因此小信号的肖特基二极体切换时间约为数十 pS[注 2],特殊的大容量肖特基二极体切换时间也才数十 pS。由于一般二极体在反向恢复时间内会因反向电流而造成EMI杂讯。肖特基二极体可以立即切换,没有反向恢复时间及反相电流的问题。

肖特基二极体是一种使用多数载流子的半导体元件,若肖特基二极体是使用N型半导体,其二极体的特性是由多数载流子(即电子)所产生。多数载流子快速地由半导体穿过接面,注入另一侧金属的传导带,由于此过程不涉及N 型、P 型载流子的结合(随机反应而且需要时间较长),因此肖特基二极体停止导通的速度会比传统的二极体速度要快。这样的特性使得元件需要的面积可以减少,又进一步的减少切换所需的时间。在切换式电源供应器中常会用到肖特基二极体,因为肖特基二极体允许高速切换,电路可以在200kHz到2MHz的频率下操作,也就可以使用较小的电感器及电容器,同时可以提升电源供应器的效率。小体积的肖特基二极体最高可工作在50GHz的频率,因此是 RF (无线电频率)侦测器及 mixer(混频器) 中的重要零件。

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,像使用矽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,容易随著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。现行技术也可以制造出反向偏压更高的肖特基二极管,但是其导通电压也会升高到和普通二极管相同的水平,[1]因此除非是需要高切换速度的场合,这种二极管在应用中没有优势。

碳化硅肖特基二极管

碳化硅肖特基二极管是一种新型的肖特基二极管,与传统的硅质二极管相比,其反向漏电流更低、反向耐压更高,但导通电压也更高(25°C时的导通电压为1.4-1.8 V)。但由于消除了反向恢复电流,这种二极管可将电源适配器的效率提高0.5%-1%,同时降低电磁干扰,允许缩小EMI滤波器的体积。时至2011年,市面上可购买到反向耐压高达1700V的产品。[2]碳化硅肖特基二极管具有优良的热导率,温度因素对二极管的切换特征和温度特征只有很小的影响。特殊封装的碳化硅肖特基二极管可以在结温达500 K (约200 °C)时依然正常工作,用于航空领域时,仅靠被动辐射即可实现被动散热。[2]

注解

  1. ^ 奈秒(nS, nano second)即十亿分之一秒(10-9秒)
  2. ^ 皮秒(pS, pico second)即一兆分之一秒(10-12秒)

参考资料

  1. ^ Introduction to Schottky Rectifiers (PDF). MicroNotes. 401. [2018-06-06]. (原始内容 (PDF)存档于2021-02-27). Schottky rectifiers seldom exceed 100 volts in their working peak reverse voltage since devices moderately above this rating level will result in forward voltages equal to or greater than equivalent pn junction rectifiers. 
  2. ^ 2.0 2.1 Schottky Diodes: the Old Ones Are Good, the New Ones Are Better. Power Electronics. [2018-06-06]. (原始内容存档于2021-01-20).