肖特基整流二极管介绍.docVIP

肖特基整流二极管 介 绍 一、引言 肖特基势垒二极管（Schottky barrier diode简称SBD）是一种金属（或金属硅化物）/ 半导体接触的器件，它是多子器件，主要用其非线性电阻的特性。 SBD是最古老的半导体器件，1904年开始，矿石检波器就得到了应用。SBD在超高频及微波电路中用于检波和混频，都是用其正向非线性电阻的特性。SBD长期用金属与半导体接触进行制作，稳定性差，是可靠性最差的半导体器件之一。八十年代开始对金属硅化物深入研究，用金属硅化物代替金属，获得了可靠而又重复的肖特基势垒，为大规模生产奠定了基础。 各种家用电器、微电脑、汽车电子、通讯设备、仪器、国防军工都要求电子设备轻量化、小型化，特别是要求采用小型化和高效率的电源。高频开关电源随着工作频率的提高，其体积和重量都会明显减小，同时效率显著提高，高频开关电源越来越受到人们的重视。SBD 有三大特点：（1）速度快（多子器件，无少子储存效应）；(2)正向压降低；（3）散热性能好。 SBD与通常的PN结整流器件相比，SBD具有开关速度快（高频）、导通电压低（高效）、抗电流浪涌冲击能力强（大电流）。低输出电压（V0≤±24V）的高频开关电源多采用肖特基整流二极管。世界高频开关电源年销售额约为500亿美圆，这是一个巨大的市场!对肖特基整流二极管的规模生产有巨大的拉动力。SBD制作简单、工艺流程短、成本低、有利于大规模生产。 肖特基整流二极管在高频开关电源电路中起开关作用，是用其正、反向非线性电阻的特性（不再只是用正向非线性电阻的特性）。肖特基整流二极管的名称较多，有功率肖特基二极管、肖特基续流二极管、大电流肖特基二极管、肖特基开关二极管等等。 肖特基势垒与p-n结的比较 肖特基二极管的势垒可以比做在同一种半导体上的p-n结低许多，例如硅，p-n结的内建势Vbi≥0.8V；而肖特基结势垒电势为0.5V～0.6V很容易做到。在同一电流密度下，p-n结上的正向压降比肖特基二极管上的电压降至少高0.3V。换句话说，相同电压下肖特基势垒的饱和电流密度比做在同一半导体上的p-n结的饱和电流密度高105倍或更高（0.06V之差，电流密度差一个数量级）。肖特基二极管特别适用于做低压大电流整流器；反之，也是由于反向电流比较大，肖特基二极管不能像p-n结一样用作高压低电流整流器。 二．原理 关于SBD（肖特基势垒二极管）的理论计算公式很容易从书上找到。这里不进行SBD的电流输运方程的推导、也不进行设计计算，主要围绕势垒高度对SBD的重大影响，作一些简单的计算分析。 1. 电流输运方程 由热离子发射理论，得到电流输运方程： JF = JS [exp(qVFB/nkT)-1 ] (1) JS = A* T2exp(-qφB/kT) (2) 式中的符号：JF 为正向电流密度；JS为饱和电流密度；VFB为SBD势垒上的压降；q 为元电荷；n为理想因子；k为玻耳兹曼常数；T 为绝对温度；φB 为势垒电位； A* = 110A*cm－2*K－2为n型硅的里查孙常数、A为电流。 一般理论计算公式的正向压降VF，其实是势垒上的压降VFB，而不是二极管的正向压降VFD 。二极管压降还包含串联电阻（Rs）上的压降VFS 。 VFD = VFB+VFS (3) 对于金属硅化物 / 硅的SBD，n = 1成立。一般VFB 》2.3kT/q , 式（1）方括号中的前面一项远大于10，后面的1可忽略不计。 JF = A*T2exp(-qφB/kT) exp(qVFB /kT) (4) 变换一下数学表示方式： JF = A*T2exp[q(VFB -φB )/kT] (5) 由式（5）看φB的影响就一目了然。SBD势垒上的压降和φB之间是一个简单的相减关系。为保持JF不变，当φB 变化时，VFB必须跟着变相同的值。φB高的，VFB相应地高。 2.正向压降（VFD）的计算。 考虑到正向电流在外延层和衬底上的压降，还有衬底接触电阻上的压降JFρC 。 VFS= JF( ρede+ρBdB+ρC) (6) 由式（5）可算得： VFB= φB+[(kT