【圖】肖特基二極管原理及其檢測方法
(2012/1/29 0:19:00)
肖特基二極管原理及其檢測方法
肖特基二極管原理及其檢測方法
肖特基勢壘二極管SBD（Schottky Barrier Diode，簡稱肖特基二極管）是近年來間世的低功耗、大電流、超高速半導體器件。其反向恢復時間極短（可以小到幾納秒），正向導通壓降僅0.4V左右，而整流電流卻可達到幾千安培。這些優良特性是快恢復二極管所無法比擬的。中、小功率肖特基整流二極管大多采用封裝形式。
基本原理是：
在金屬（例如鉛）和半導體（N型硅片）的接觸面上，用已形成的肖特基來阻擋反向電壓。肖特基與PN結的整流作用原理有根本性的差異。其耐壓程度只有40V左右。其特長是：開關速度非�？欤悍聪蚧謴蜁r間特別地短。因此，能制作開關二極和低壓大電流整流二極管。
肖特基二極管（Schottky Barrier Diode)是具有肖特基特性的“金屬半導體結”的二極管。其正向起始電壓較低。其金屬層除鎢材料外，還可以采用金、鉬、鎳、鈦等材料。其半導體材料采用硅或砷化鎵，多為型半導體。這種器件是由多數載流子導電的，所以，其反向飽和電流較以少數載流子導電的PN結大得多。由于肖特基二極管中少數載流子的存貯效應甚微，所以其頻率響僅為RC時間常數限制，因而，它是高頻和快速開關的理想器件。其工作頻率可達100GHz。并且，MIS（金屬－絕緣體－半導體）肖特基二極管可以用來制作太陽能電池或發光二極管。
肖特基二極管利用金屬與半導體接觸所形成的勢壘對電流進行控制。它的主要特點是具有較低的正向壓降（0.3V至0.6V）；另外它是多子參與導電，這就比少子器件有更快的反應速度。肖特基二極管常用在門電路中作為三極管集電極的箝位二極管，以防止三極管因進入飽和狀態而降低開關速度。
1．肖特基二極管原理
肖特基二極管是貴金屬（金、銀、鋁、鉑等）A為正極，以N型半導體B為負極，利用二者接觸面上形成的勢壘具有整流特性而制成的金屬-半導體器件。因為N型半導體中存在著大量的電子，貴金屬中僅有極少量的自由電子，所以電子便從濃度高的B中向濃度低的A中擴散。顯然，金屬A中沒有空穴，也就不存在空穴自A向B的擴散運動。隨著電子不斷從B擴散到A，B表面電子濃度表面逐漸降輕工業部，表面電中性被破壞，于是就形成勢壘，其電場方向為B→A。但在該電場作用之下，A中的電子也會產生從A→B的漂移運動，從而削弱了由于擴散運動而形成的電場。當建立起一定寬度的空間電荷區后，電場引起的電子漂移運動和濃度不同引起的電子擴散運動達到相對的平衡，便形成了肖特基勢壘。
典型的肖特基整流管的內部電路結構是以N型半導體為基片，在上面形成用砷作摻雜劑的N-外延層。陽極（阻檔層）金屬材料是鉬。二氧化硅（SiO2）用來消除邊緣區域的電場，提高管子的耐壓值。N型基片具有很小的通態電阻，其摻雜濃度較H-層要高100%。在基片下邊形成N+陰極層，其作用是減小陰極的接觸電阻。通過調整結構參數，可在基片與陽極金屬之間形成合適的肖特基勢壘，當加上正偏壓E時，金屬A和N型基片B分別接電源的正、負極，此時勢壘寬度W0變窄。加負偏壓-E時，勢壘寬度就增加。
綜上所述，肖特基整流管的結構原理與PN結整流管有很大的區別通常將PN結整流管稱作結整流管，而把金屬-半導管整流管叫做肖特基整流管，近年來，采用硅平面工藝制造的鋁硅肖特基二極管也已問世，這不僅可節省貴金屬，大幅度降低成本，還改善了參數的一致性。
肖特基整流管僅用一種載流子（電子）輸送電荷，在勢壘外側無過剩少數載流子的積累，因此，不存在電荷儲存問題（Qrr→0），使開關特性獲得時顯改善。其反向恢復時間已能縮短到10ns以內。但它的反向耐壓值較低，一般不超過去時100V。因此適宜在低壓、大電流情況下工作。利用其低壓降這特點，能提高低壓、大電流整流（或續流）電路的效率 。
2．肖特基二極管的結構
肖特基二極管在結構原理上與PN結二極管有很大區別，它的內部是由陽極金屬（用鉬或鋁等材料制成的阻擋層）、二氧化硅（SiO2）電場消除材料、N-外延層（砷材料）、N型硅基片、N+陰極層及陰極金屬等構成，如圖4-44所示。在N型基片和陽極金屬之間形成肖特基勢壘。當在肖特基勢壘兩端加上正向偏壓（陽極金屬接電源正極，N型基片接電源負極）時，肖特基勢壘層變窄，其內阻變小；反之，若在肖特基勢壘兩端加上反向偏壓時，肖特基勢壘層則變寬，其內阻變大。
肖特基二極管分為有引線和表面安裝（貼片式）兩種封裝形式。采用有引線式封裝的肖特基二極管通常作為高頻大電流整流二極管、續流二極管或保護二極管使用。它有單管式和對管（雙二極管）式兩種封裝形式，如圖4-45所示。
肖特基對管又有共陰（兩管的負極相連）、共陽（兩管的正極相連）和串聯（一只二極管的正極接另一只二極管的負極）三種管腳引出方式，見圖4-46。
采用表面封裝的肖特基二極管有單管型、雙管型和三管型等多種封裝形式。
3．肖特基二極管的檢測方法
肖特基（Schottky）二極管也稱肖特基勢壘二極管（簡稱SBD），它是一種低功耗、超高速半導體器件，廣泛應用于開關電源、變頻器、驅動器等電路，作高頻、低壓、大電流整流二極管、續流二極管、保護二極管使用，或在微波通信等電路中作整流二極管、小信號檢波二極管使用。
（1）性能比較
肖特基二極管現超快恢復二極管、快恢復二極管、硅高頻整流二極管、硅高速開關二極管的性能比較。由表可見，硅高速開關二極管的trr雖極低，但平均整流電流很小，不能作大電流整流用。
（2）檢測方法
下面通過一個實例來介紹檢測肖特基二極管的方法。檢測內容包括：①識別電極；②檢查管子的單向導電性；③測正向導壓降VF；④測量反向擊穿電壓VBR。被測管為B82-004型肖特基管，共有三個管腳，外形如圖4所示，將管腳按照從左至右順序編上序號①、②、③。選擇500型萬用表的R×1檔進行測量。
測試結論：
第一，根據①②、③④間均可測出正向電阻，判定被測管為共陰對管，①、③腳為兩個陽極，②腳為公共陰極。
第二，因①②、③②之間的正向電阻只幾歐姆，而反向電阻為無窮大，故具有單向導電性。
第三，內部兩只肖特基二極管的正向導通壓降分別為0.315V、0.33V，均低于手冊中給定的最大允許值VFM(0.55V)。
另外使用ZC 25-3型兆歐表和500型萬用表的250VDC檔測出，內部兩管的反向擊穿電壓VBR依次為140V、135V。查手冊，B82-004的最高反向工作電壓（即反向峰值電壓）VBR=40V。表明留有較高的安全系數。
肖特基二極管原理及其檢測方法
肖特基勢壘二極管SBD（Schottky Barrier Diode，簡稱肖特基二極管）是近年來間世的低功耗、大電流、超高速半導體器件。其反向恢復時間極短（可以小到幾納秒），正向導通壓降僅0.4V左右，而整流電流卻可達到幾千安培。這些優良特性是快恢復二極管所無法比擬的。中、小功率肖特基整流二極管大多采用封裝形式。
基本原理是：
在金屬（例如鉛）和半導體（N型硅片）的接觸面上，用已形成的肖特基來阻擋反向電壓。肖特基與PN結的整流作用原理有根本性的差異。其耐壓程度只有40V左右。其特長是：開關速度非�？欤悍聪蚧謴蜁r間特別地短。因此，能制作開關二極和低壓大電流整流二極管。
肖特基二極管（Schottky Barrier Diode)是具有肖特基特性的“金屬半導體結”的二極管。其正向起始電壓較低。其金屬層除鎢材料外，還可以采用金、鉬、鎳、鈦等材料。其半導體材料采用硅或砷化鎵，多為型半導體。這種器件是由多數載流子導電的，所以，其反向飽和電流較以少數載流子導電的PN結大得多。由于肖特基二極管中少數載流子的存貯效應甚微，所以其頻率響僅為RC時間常數限制，因而，它是高頻和快速開關的理想器件。其工作頻率可達100GHz。并且，MIS（金屬－絕緣體－半導體）肖特基二極管可以用來制作太陽能電池或發光二極管。
肖特基二極管利用金屬與半導體接觸所形成的勢壘對電流進行控制。它的主要特點是具有較低的正向壓降（0.3V至0.6V）；另外它是多子參與導電，這就比少子器件有更快的反應速度。肖特基二極管常用在門電路中作為三極管集電極的箝位二極管，以防止三極管因進入飽和狀態而降低開關速度。
1．肖特基二極管原理
肖特基二極管是貴金屬（金、銀、鋁、鉑等）A為正極，以N型半導體B為負極，利用二者接觸面上形成的勢壘具有整流特性而制成的金屬-半導體器件。因為N型半導體中存在著大量的電子，貴金屬中僅有極少量的自由電子，所以電子便從濃度高的B中向濃度低的A中擴散。顯然，金屬A中沒有空穴，也就不存在空穴自A向B的擴散運動。隨著電子不斷從B擴散到A，B表面電子濃度表面逐漸降輕工業部，表面電中性被破壞，于是就形成勢壘，其電場方向為B→A。但在該電場作用之下，A中的電子也會產生從A→B的漂移運動，從而削弱了由于擴散運動而形成的電場。當建立起一定寬度的空間電荷區后，電場引起的電子漂移運動和濃度不同引起的電子擴散運動達到相對的平衡，便形成了肖特基勢壘。
典型的肖特基整流管的內部電路結構是以N型半導體為基片，在上面形成用砷作摻雜劑的N-外延層。陽極（阻檔層）金屬材料是鉬。二氧化硅（SiO2）用來消除邊緣區域的電場，提高管子的耐壓值。N型基片具有很小的通態電阻，其摻雜濃度較H-層要高100%。在基片下邊形成N+陰極層，其作用是減小陰極的接觸電阻。通過調整結構參數，可在基片與陽極金屬之間形成合適的肖特基勢壘，當加上正偏壓E時，金屬A和N型基片B分別接電源的正、負極，此時勢壘寬度W0變窄。加負偏壓-E時，勢壘寬度就增加。
綜上所述，肖特基整流管的結構原理與PN結整流管有很大的區別通常將PN結整流管稱作結整流管，而把金屬-半導管整流管叫做肖特基整流管，近年來，采用硅平面工藝制造的鋁硅肖特基二極管也已問世，這不僅可節省貴金屬，大幅度降低成本，還改善了參數的一致性。
肖特基整流管僅用一種載流子（電子）輸送電荷，在勢壘外側無過剩少數載流子的積累，因此，不存在電荷儲存問題（Qrr→0），使開關特性獲得時顯改善。其反向恢復時間已能縮短到10ns以內。但它的反向耐壓值較低，一般不超過去時100V。因此適宜在低壓、大電流情況下工作。利用其低壓降這特點，能提高低壓、大電流整流（或續流）電路的效率 。
2．肖特基二極管的結構
肖特基二極管在結構原理上與PN結二極管有很大區別，它的內部是由陽極金屬（用鉬或鋁等材料制成的阻擋層）、二氧化硅（SiO2）電場消除材料、N-外延層（砷材料）、N型硅基片、N+陰極層及陰極金屬等構成，如圖4-44所示。在N型基片和陽極金屬之間形成肖特基勢壘。當在肖特基勢壘兩端加上正向偏壓（陽極金屬接電源正極，N型基片接電源負極）時，肖特基勢壘層變窄，其內阻變小；反之，若在肖特基勢壘兩端加上反向偏壓時，肖特基勢壘層則變寬，其內阻變大。
肖特基二極管分為有引線和表面安裝（貼片式）兩種封裝形式。采用有引線式封裝的肖特基二極管通常作為高頻大電流整流二極管、續流二極管或保護二極管使用。它有單管式和對管（雙二極管）式兩種封裝形式，如圖4-45所示。
肖特基對管又有共陰（兩管的負極相連）、共陽（兩管的正極相連）和串聯（一只二極管的正極接另一只二極管的負極）三種管腳引出方式，見圖4-46。
采用表面封裝的肖特基二極管有單管型、雙管型和三管型等多種封裝形式。
3．肖特基二極管的檢測方法
肖特基（Schottky）二極管也稱肖特基勢壘二極管（簡稱SBD），它是一種低功耗、超高速半導體器件，廣泛應用于開關電源、變頻器、驅動器等電路，作高頻、低壓、大電流整流二極管、續流二極管、保護二極管使用，或在微波通信等電路中作整流二極管、小信號檢波二極管使用。
（1）性能比較
肖特基二極管現超快恢復二極管、快恢復二極管、硅高頻整流二極管、硅高速開關二極管的性能比較。由表可見，硅高速開關二極管的trr雖極低，但平均整流電流很小，不能作大電流整流用。
（2）檢測方法
下面通過一個實例來介紹檢測肖特基二極管的方法。檢測內容包括：①識別電極；②檢查管子的單向導電性；③測正向導壓降VF；④測量反向擊穿電壓VBR。被測管為B82-004型肖特基管，共有三個管腳，外形如圖4所示，將管腳按照從左至右順序編上序號①、②、③。選擇500型萬用表的R×1檔進行測量。
測試結論：
第一，根據①②、③④間均可測出正向電阻，判定被測管為共陰對管，①、③腳為兩個陽極，②腳為公共陰極。
第二，因①②、③②之間的正向電阻只幾歐姆，而反向電阻為無窮大，故具有單向導電性。
第三，內部兩只肖特基二極管的正向導通壓降分別為0.315V、0.33V，均低于手冊中給定的最大允許值VFM(0.55V)。
另外使用ZC 25-3型兆歐表和500型萬用表的250VDC檔測出，內部兩管的反向擊穿電壓VBR依次為140V、135V。查手冊，B82-004的最高反向工作電壓（即反向峰值電壓）VBR=40V。表明留有較高的安全系數。
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