肖特基势垒二极管简称肖特基二极管或肖特基管。
英文全称:Schottky Barrier Diode
英文缩写:SBD
肖特基二极管,属于大电流、低功耗、低压、超高速半导体功率器件。它的正向导通压降仅为0.4V左右,反向恢复时间极短,可小至几纳秒;其整流电流可高达几百至几千安培。这些优良性能是快恢复及超快恢复二极管所不具备的。
肖特基二极管的工作原理
肖特基二极管是用钼、金、银等贵金属为阳极,用N型半导体材料为阴极,利用二者接触面上形成的势垒具有整流特性,从而制成的一种金属/半导体器件。
肖特基二极管属于五层器件,中间层以N型半导体为基片,上面用砷作掺杂剂的N-外延层,最上面用金属材料钼构成的阳极。
N型基片具备很小的导通电阻,在基片下面依次是N+阴极层、金属阴极。
如下图所示:典型的肖特基二极管的内部结构
典型的肖特基二极管的内部结构
近年,采用硅平面工艺制造的铝硅肖特基二极管,不仅改善了器件参数的一致性、还能节省贵金属,减少环境污染。
通过调整结构和参数,能在基片与阳极金属之间形成合适的肖特基垫垒。
当加上正偏压E时,势垒宽度W0变窄;加负偏压-E时,势垒宽度W0变宽,如下图所示:
外加偏压时势垒宽度的变化情况
肖特基二极管仅仅只用一种载流子(电子)输送电荷,然而在势垒的外侧无过剩的少数载流子积累,所以它不存在电荷储存效应,这个特性使得开关特性得到明显改善,反向恢复时间能缩短到10ns以内。但是存在一个缺陷,反向耐压较低,一般不超过100V,使得它仅适宜在低电压、大电流下工作。它的低正向压降特性,能提高大电流整流(或续流)电路的效率。
肖特基二极管的典型伏安特性如下图所示:
肖特基二极管的典型伏安特性
如图所示,正向导通电压介于锗管与硅管之间,但它的构造原理与PN结二极管有本质区别。
下表列出了, 肖特基二极管、超快恢复二极管、快恢复二极管、高频硅整流管的性能比较:
通过测量二极管正向压降,能容易区分是肖特基二极管还是超快恢复二极管。
通常利用数字万用表的二极管档测量二极管的UF值,当UF≈0.3V时是肖特基二极管,UF≈0.55~0.6V时是超快恢复二极管。测量值偏小的原因,是因为二极管档的测试电流较小(一般为1mA)。
肖特基二极管的选取原则
开关电源的输出整流管适宜采用肖特基二极管,因为它的低压降大电流特性,有利于提高电源效率。
肖特基二极管的反向峰值电压,应选取大于等于最大反向峰值电压的2倍。
最大反向峰值电压=输出电压+(次级匝数/初级匝数*直流输入电压最大值)
肖特基二极管的平均整流电流,应选取大于等于最大连续输出电流的3倍。
举个栗子:
某开关电源的输出电压Uo=12V,最大连续输出电流Iom=5A,最大输出功率Pom=60W。
已知:高频变压器,初级匝数Np=54匝,次级匝数Ns=5匝,直流输入电压最大值UImax=375V(对应的交流输入最大电压为265V)。
可算出,最大反向峰值电压=12+(5/54*375)=46.7V
得出:
肖特基二极管的反向峰值电压=2*46.7=93.4V
肖特基二极管的平均整流电流=3*5=15A
结论:
此时可选择烜芯微公司生产的MBR20100型肖特基二极管可以满足要求,它的反向峰值电压=100V,平均整流电流=20A,反向恢复时间10ns。
【需要特别指出】
肖特基二极管的最高反向工作电压一般不超过100V,只适合作低压、大电流整流用。当Uo≥30V时,须用耐压100V以上的超快恢复二极管来代替肖特基二极管,不过电源效率会略有下降。
肖特基二极管的常用型号与参数
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