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肖特基整流二极管介绍 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(V??24V)的高频开关电源多采用肖特基整流二0 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V?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bi 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5密度比做在同一半导体上的p-n结的饱和电流密度高10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: J = J [exp(qV/nkT)-1 ] (1) FSFB*2 J = A Texp(-qφ/kT) (2) SB 式中的符号:J 为正向电流密度;J为饱和电流密度;V为SBD势垒上的压降;q 为元电FSFB 荷;n为理想因子;k为玻耳兹曼常数;T 为绝对温度;φ 为势垒电位; B*,2,2 A = 110A*cm*K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V，其实是势垒上的压降V，而不是二极管的正向压降FFB V 。二极管压降还包含串联电阻(Rs)上的压降V 。 FDFS V= V+V (3) FD FBFS 对于金属硅化物 / 硅的SBD，n = 1成立。一般V》2.3kT/q , 式(1)方括号中的前面FB 一项远大于10，后面的1可忽略不计。 *2 J = ATexp(-qφ/kT) exp(qV/kT) (4) FBFB 变换一下数学表示方式: *2 J = ATexp[q(V-φ)/kT] (5) FFB B 第 1 页 共 13 页 肖特基整流二极管介绍 由式(5)看φ的影响就一目了然。SBD势垒上的压降和φ之间是一个简单的相减关系。BB 为保持J不变，当φ 变化时，V必须跟着变相同的值。φ高的～V相应地高。 FBFBBFB 2.正向压降(V)的计算。 FD 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Jρ 。 FC V= J( ρd+ρd+ρ) (6) FSFeeBBC 由式(5)可算得: *2 V= φ+[(kT/q)ln(J/AT)] (7) FBBF *2 V= φ+[(kT/q)ln(J/AT)]+J( ρd+ρd+ρ) (8) FDBFFeeBBC 其中d为外延层厚度，d为衬底厚度。正向压降与势垒高度、温度以及器件的结构参数有eB 密切关系。在给定温度下，势垒较高的SBD其正向压降较大。 2对一个1mm的NiSi/Si的SBD进行过计算，对正向压降影响最大的是φ(100mV量级),B其次是外延层(10mV量级)，影响最小的是衬底(mV量