肖特基二極體和快恢復二極體有什麼區別詳解

　　一、肖特基二極體

　　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。

　　

　　原理

　　肖特基二極體是貴金屬（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製成的金屬-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表面電子濃度逐漸降低，表面電中性被破壞，於是就形成勢壘，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，從而消弱了由於擴散運動而形成的電場。當建立起一定寬度的空間電荷區後，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。陽極使用鉬或鋁等材料製成阻檔層。用二氧化矽（SiO2）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%倍。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，N型基片和陽極金屬之間便形成肖特基勢壘，如圖所示。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。

　　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-半導管整流管叫作肖特基整流管，採用矽平面工藝製造的鋁矽肖特基二極體也已問世，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。

　　作用

　　肖特基二極體肖特基（Schottky）二極體，又稱肖特基勢壘二極體（簡稱 SBD），它屬一種低功耗、超高速半導體器件。最顯著的特點為反向恢復時間極短（可以小到幾納秒），正嚮導通壓降僅0.4V左右。其多用作高頻、低壓、大電流整流二極體、續流二極體、保護二極體，也有用在微波通信等電路中作整流二極體、小信號檢波二極體使用。在通信電源、變頻器等中比較常見。

　　一個典型的應用，是在雙極型電晶體 BJT 的開關電路裡面，通過在 BJT 上連接 Shockley 二極體來箝位，使得電晶體在導通狀態時其實處於很接近截止狀態，從而提高電晶體的開關速度。這種方法是 74LS，74ALS，74AS 等典型數字 IC 的 TTL內部電路中使用的技術。

　　肖特基（Schottky）二極體的最大特點是正向壓降 VF 比較小。在同樣電流的情況下，它的正向壓降要小許多。另外它的恢復時間短。它也有一些缺點：耐壓比較低，漏電流稍大些。選用時要全面考慮。

　　

　　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。

　　二、快恢復二極體

　　快恢復二極體（簡稱FRD）是一種具有開關特性好、反向恢復時間短特點的半導體二極體，主要應用於開關電源、PWM脈寬調製器、變頻器等電子電路中，作為高頻整流二極體、續流二極體或阻尼二極體使用。 快恢復二極體的內部結構與普通PN結二極體不同，它屬於PIN結型二極體，即在P型矽材料與N型矽材料中間增加了基區I，構成PIN矽片。因基區很薄，反向恢復電荷很小，所以快恢復二極體的反向恢復時間較短，正向壓降較低，反向擊穿電壓（耐壓值）較高。

　　

　　結構特點

　　快恢復二極體的內部結構與普通二極體不同，它是在P型、N型矽材料中間增加了基區I，構成P-I-N矽片。由於基區很薄，反向恢復電荷很小，不僅大大減小了trr值，還降低了瞬態正向壓降，使管子能承受很高的反向工作電壓。快恢復二極體的反向恢復時間一般為幾百納秒，正向壓降約為0.6V，正向電流是幾安培至幾千安培，反向峰值電壓可達幾百到幾千伏。超快恢復二極體的反向恢復電荷進一步減小，使其trr可低至幾十納秒。20A以下的快恢復及超快恢復二極體大多採用TO-220封裝形式。

　　從內部結構看，可分成單管、對管（亦稱雙管）兩種。對管內部包含兩隻快恢復二極體，根據兩隻二極體接法的不同，又有共陰對管、共陽對管之分。圖2（a）是C20-04型快恢復二極體（單管）的外形及內部結構。（b）圖和（c）圖分別是C92-02型（共陰對管）、MUR1680A型（共陽對管）超快恢復二極體的外形與構造。它們均採用TO-220塑料封裝，

　　幾十安的快恢復二極體一般採用TO-3P金屬殼封裝。更大容量（幾百安～幾千安）的管子則採用螺栓型或平板型封裝形式。

　　

　　三、肖特基二極體和快恢復二極體有什麼區別

　　肖特基二極體的基本原理是：在金屬（例如鉛）和半導體（N型矽片）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：開關速度非常快：反向恢復時間特別地短。因此，能製作開關二極體和低壓大電流整流二極體。

　　肖特基二極體它是具有肖特基特性的「金屬半導體結」的二極體。其正向起始電壓較低。其金屬層除鎢材料外，還可以採用金、鉬、鎳、鈦等材料。其半導體材料採用矽或砷化鎵，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。由於肖特基二極體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。並且，MIS（金屬-絕緣體-半導體）肖特基二極體可以用來製作太陽能電池或發光二極體。

　　肖特基二極體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。肖特基二極體常用在門電路中作為三極體集電極的箝位二極體，以防止三極體因進入飽和狀態而降低開關速度。

　　肖特基勢壘二極體反向恢復時間極短（可以小到幾納秒），正嚮導通壓降僅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體所無法比擬的。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-半導管整流管叫作肖特基整流管，近年來，採用矽平面工藝製造的鋁矽肖特基二極體也已問世，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 。

　　

　　快恢復二極體是指反向恢復時間很短的二極體（5us以下），工藝上多採用摻金措施，結構上有採用PN結型結構，有的採用改進的PIN結構。其正向壓降高於普通二極體（1-2V），反向耐壓多在1200V以下。

　　從性能上可分為快恢復和超快恢復兩個等級。前者反向恢復時間為數百納秒或更長，後者則在100納秒以下，快恢復二極體在製造工藝上採用摻金，單純的擴散等工藝，可獲得較高的開關速度，同時也能得到較高的耐壓。目前快恢復二極體主要應用在逆變電源中做整流元件。 快恢復二極體具有開關特性好，反向恢復時間短、正向電流大、體積小、安裝簡便等優點。 超快恢復二極體SRD則是在快恢復二極體基礎上發展而成的，其反向恢復時間trr值已接近於肖特基二極體的指標。它們可廣泛用於開關電源、脈寬調製器（PWM）、不間斷電源（UPS）、交流電動機變頻調速（VVVF）、高頻加熱等裝置中，作高頻、大電流的續流二極體或整流管，是極有發展前途的電力、電子半導體器件。

　　反向恢復時間，什麼是反向恢復時間？當外加二極體的電壓瞬間從正向轉到反向時，流經器件的電流並不能相應地瞬間從正向電流轉換為反向電流。此時，正向注入的少數載流子（空穴）被空間電荷區的強電場抽取，由於這些空穴的密度高於基區平衡空穴密度，因而在反向偏置瞬間將產生一個遠大於反向漏電流的反向電流，即反向恢復電流IRM.與此同時，符合過程的強化也在加速這些額外載流子密度的下降，直到基區中積累的額外載流子的完全消失，反向電流才下降並穩定到反向漏電流。整個過程所經歷的時間為反向恢復時間。 反向恢復時間trr的定義是：電流通過零點由正向轉換到規定低值的時間間隔。它是衡量高頻續流及整流器件性能的重要技術指標。反向恢復電流IF為正向電流，IRM為最大反向恢復電流。 Irr為反向恢復電流，通常規定Irr=0.1IRM。當t≤t0時，正向電流I=IF。當t》t0時，由於整流器件上的正向電壓突然變成反向電壓，因此正向電流迅速降低，在t=t1時刻，I=0。然後整流器件上流過反向電流IR，並且IR逐漸增大;在t=t2時刻達到最大反向恢復電流IRM值。此後受正向電壓的作用，反向電流逐漸減小，並在t=t3時刻達到規定值Irr。從t2到t3的反向恢復過程與電容器放電過程有相似之處。

　　快恢復、超快恢復二極體的結構特點 快恢復二極體的內部結構與普通二極體不同，它是在P型、N型矽材料中間增加了基區I，構成P-I-N矽片。由於基區很薄，反向恢復電荷很小，不僅大大減小了trr值，還降低了瞬態正向壓降，使管子能承受很高的反向工作電壓。快恢復二極體的反向恢復時間一般為幾百納秒，正向壓降約為0.6V，正向電流是幾安培至幾千安培，反向峰值電壓可達幾百到幾千伏。超快恢復二極體的反向恢復電荷進一步減小，使其trr可低至幾十納秒。 20A以下的快恢復及超快恢復二極體大多採用TO-220封裝形式。測量反向恢復時間，由直流電流源供規定的IF，脈衝發生器經過隔直電容器C加脈衝信號，利用電子示波器觀察到的trr值，即是從I=0的時刻到IR=Irr時刻所經歷的時間。 設器件內部的反向恢電荷為Qrr，有關trr≈2Qrr/IRM可知，當IRM為一定時，反向恢復電荷愈小，反向恢復時間就愈短。

　　常規檢測方法 在業餘條件下，利用萬用表能檢測快恢復、超快恢復二極體的單向導電性，以及內部有無開路、短路故障，並能測出正嚮導通壓降。若配以兆歐表，還能測量反向擊穿電壓。實例：測量一隻超快恢復二極體，其主要參數為：trr=35ns，IF=5A，IFSM=50A，VRM=700V。將萬用表撥至R×1檔，讀出正向電阻為6.4？，n′=19.5格;反向電阻則為無窮大。 進一步求得VF=0.03V/格×19.5=0.585V。證明管子是好的。

　　

　　注意事項：

　　1）有些單管，共三個引腳，中間的為空腳，一般在出廠時剪掉，但也有不剪的。

　　2）若對管中有一隻管子損壞，則可作為單管使用。

　　3）測正嚮導通壓降時，必須使用R×1檔。若用R×1k檔，因測試電流太小，遠低於管子的正常工作電流，故測出的VF值將明顯偏低。在上面例子中，如果選擇R×1k檔測量，正向電阻就等於2.2k？，此時n′=9格。由此計算出的VF值僅0.27V，遠低於正常值（0.6V）。快恢復二極體的恢復時間是200-500ns超快速二極體的恢復時間是30-100。

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