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肖特基二极管

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肖特基二极體的符號
各種不同的肖特基二極體,左側是小信號的肖特基二極體,中間和右側則是中高功率的肖特基二極體

肖特基二極體(又譯萧特基二極體)是一種導通電壓降較低、允許高速切換的二極體,是利用肖特基势垒特性而產生的電子元件,其名稱是為了紀念德國物理學家華特·蕭特基(Walter H. Schottky)。

肖特基二极體的導通電壓非常低。一般的二極體在電流流過時,會產生約 0.7-1.7 伏特的電壓降,不過肖特基二極體的電壓降只有 0.15-0.45 伏特,因此可以提昇系統的效率。

結構[编辑]

肖特基二極體是利用金屬-半導體接面作為肖特基勢壘,以產生整流的效果,和一般二極體中由半導體-半導體接面產生的P-N接面不同。肖特基勢壘的特性使得肖特基二極體的導通電壓降較低,而且可以提高切換的速度。

反向恢復時間[编辑]

肖特基二極體和一般二極體最大的差異在於反向恢復時間,也就是二極體由流過正向電流的導通狀態,切換到不導通狀態所需的時間。

一般二極體的反向恢復時間大約是數百 nS,若是高速二極體則會低於一百 nS,肖特基二極體沒有反向恢復時間,因此小信號的肖特基二極體切換時間約為數十 pS,特殊的大容量肖特基二極體切換時間也才數十 pS。由於一般二極體在反向恢復時間內會因反向電流而造成EMI雜訊。肖特基二極體可以立即切換,沒有反向恢復時間及反相電流的問題。

肖特基二極體是一種使用多數載流子的半導體元件,若肖特基二極體是使用N型半導體,其二極體的特性是由多數載流子(即電子)所產生。多數載流子快速地由半導體穿過接面,注入另一側金屬的傳導帶,由於此過程不涉及N 型、P 型載流子的結合(隨機反應而且需要時間較長),因此肖特基二極體停止導通的速度會比傳統的二極體速度要快。這樣的特性使得元件需要的面積可以減少,又進一步的減少切換所需的時間。在切換式電源供應器中常會用到肖特基二極體,因為肖特基二极體允許高速切換,電路可以在200kHz到2MHz的頻率下操作,也就可以使用較小的電感器及電容器,同時可以提昇電源供應器的效率。小體積的肖特基二極體最高可工作在50GHz的頻率,因此是 RF (无线电频率)偵測器及 mixer(混频器) 中的重要零件。

缺點[编辑]

肖特基二極體最大的缺點是其反向偏壓較低及反向漏電流偏大,像使用矽及金屬為材料的肖特基二極體,其反向偏壓額定耐壓最高只到 50V,而反向漏電流值為正溫度特性,容易隨著溫度升高而急遽變大,實務設計上需注意其熱失控的隱憂。為了避免上述的問題,肖特基二極體實際使用時的反向偏壓都會比其額定值小很多。不過目前肖特基二極體的技術也已有了進步,其反向偏壓的額定值最大可以到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[编辑]

碳化硅肖特基二极管是一种新型的肖特基二极管,与传统的硅管相比,其反向漏电流更低、反向偏压更高,但导通电压也更高。这种二极管可用于制造更高效的电源适配器。时至2011年,市面上可购买到反向偏压高达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)是依然正常工作,用于航空领域时,仅靠被动辐射即可实现被动散热。[2]

参考资料[编辑]

  1. ^ Introduction to Schottky Rectifiers (PDF). MicroNotes. 401. 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.