肖特基二極體的優缺點及特點介紹

肖特基二極體是以其發明人肖特基博士(Schottky)命名的，SBD是肖特基勢壘二極體(SchottkyBarrierDiode,縮寫成SBD)的簡稱。SBD不是利用P型半導體與N型半導體接觸形成PN結原理製作的，而是利用金屬與半導體接觸形成的金屬-半導體結原理製作的。因此，SBD也稱為金屬-半導體(接觸)二極體或表面勢壘二極體，它是一種熱載流子二極體。

優點

肖特基二極體SBD具有開關頻率高和正向壓降低等優點，但其反向擊穿電壓比較低，大多不高於60V，最高僅約100V，以致於限制了其應用範圍。像在開關電源(SMPS)和功率因數校正(PFC)電路中功率開關器件的續流二極體、變壓器次級用100V以上的高頻整流二極體、RCD緩衝器電路中用600V~1.2kV的高速二極體以及PFC升壓用600V二極體等，只有使用快速恢復外延二極體(FRED)和超快速恢復二極體(UFRD)。UFRD的反向恢復時間Trr也在20ns以上，根本不能滿足像空間站等領域用1MHz~3MHz的SMPS需要。即使是硬開關為100kHz的SMPS，由於UFRD的導通損耗和開關損耗均較大，殼溫很高，需用較大的散熱器，從而使SMPS體積和重量增加，不符合小型化和輕薄化的發展趨勢。因此，發展100V以上的高壓SBD，一直是人們研究的課題和關注的熱點。近幾年，SBD已取得了突破性的進展，150V和 200V的高壓SBD已經上市，使用新型材料製作的超過1kV的SBD也研製成功，從而為其應用注入了新的生機與活力。

缺點

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。

特點

肖特基二極體SBD的主要優點包括兩個方面:

1)由於肖特基勢壘高度低於PN結勢壘高度，故其正嚮導通門限電壓和正向壓降都比PN結二極體低(約低0.2V)。

2)由於SBD是一種多數載流子導電器件，不存在少數載流子壽命和反向恢復問題。SBD的反向恢復時間只是肖特基勢壘電容的充、放電時間，完全不同於PN結二極體的反向恢復時間。由於SBD的反向恢復電荷非常少，故開關速度非常快，開關損耗也特別小，尤其適合於高頻應用。

但是，由於SBD的反向勢壘較薄，並且在其表面極易發生擊穿，所以反向擊穿電壓比較低。由於SBD比PN結二極體更容易受熱擊穿，反向漏電流比PN結二極體大。

應用

SBD的結構及特點使其適合於在低壓、大電流輸出場合用作高頻整流，在非常高的頻率下(如X波段、C波段、S波段和Ku波段)用於檢波和混頻，在高速邏輯電路中用作箝位。在IC中也常使用SBD，像SBD?TTL集成電路早已成為TTL電路的主流，在高速計算機中被廣泛採用。

除了普通PN結二極體的特性參數之外，用於檢波和混頻的SBD電氣參數還包括中頻阻抗(指SBD施加額定本振功率時對指定中頻所呈現的阻抗，一般在200Ω~600Ω之間)、電壓駐波比(一般≤2)和噪聲係數等。

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由於Si和GaAs的勢壘高度和臨界電場比寬帶半導體材料低，用其製作的SBD擊穿電壓較低，反向漏電流較大。碳化矽(SiC)材料的禁帶寬度大(2.2eV~3.2eV)，臨界擊穿電場高(2V/cm~4×106V/cm)，飽合速度快(2×107cm/s)，熱導率高為4.9W/(cm·K)，抗化學腐蝕性強，硬度大，材料製備和製作工藝也比較成熟，是製作高耐壓、低正向壓降和高開關速度SBD的比較理想的新型材料。

1999年，美國Purdue大學在美國海軍資助的MURI項目中，研製成功4.9kV的SiC功率SBD，使SBD在耐壓方面取得了根本性的突破。SBD的正向壓降和反向漏電流直接影響SBD整流器的功率損耗，關係到系統效率。低正向壓降要求有低的肖特基勢壘高度，而較高的反向擊穿電壓要求有儘可能高的勢壘高度，這是相矛盾的。因此，對勢壘金屬必須折衷考慮，故對其選擇顯得十分重要。對N型SiC來說，Ni和Ti是比較理想的肖特基勢壘金屬。由於Ni/SiC的勢壘高度高於Ti/SiC，故前者有更低的反向漏電流，而後者的正向壓降較小。為了獲得正向壓降低和反向漏電流小的SiCSBD，採用Ni接觸與Ti接觸相結合、高/低勢肖特基二極體壘雙金屬溝槽(DMT)結構的SiCSBD設計方案是可行的。採用這種結構的SiCSBD，反向特性與Ni肖特基整流器相當，在300V的反向偏壓下的反向漏電流比平面型Ti肖特基整流器小75倍，而正向特性類似於NiSBD。採用帶保護環的6H-SiCSBD，擊穿電壓達550V。

隨著碳化矽技術的發展，600V和1200V的產品也開始普遍應用，尤其是行業先鋒美國Genesic公司，最早推出了1700V和3300V的肖特基二極體，其中1700V的電流已經達到50A，3300V也有0.3A的產品，下一階段會推出3300V/5A的肖特基二極體，是這一行業的又一偉大突破。

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