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肖特基二极管简介肖特基二极管是以其发明人肖特基博士（ Schottky ）命名的， SBD 是肖特基势垒 二极管（SchottkyBarrierDiode,缩写成SBD）的简称SBD不是利用P型半导体与 N型半导体接触形成PN结原理制作的，而是利用金属与半导体接触 形成的金属一半 导体结原理制 作的因此， SBD 也称为金属－半导体（接触 ）二极管 或表面势垒二 极管，它是一种热载流子二极 管是近年来问世 的低功耗、大电流、超高 速半导体器件其反向恢复 时间极短（可 以小到几纳秒 ），正向导通压降仅 0.4V 左右，而整流电流却可达到 几千毫安这些 优良特性是快 恢复二极管所无法比拟的中、小功率肖特基整流二极 管大多采用封装 形式4LRhttp ://hi・ baidu・ com/diydz商特搭二接營的is构 戒芯电子制作网平静萍晶片/原理肖特基二极管是贵金属（金、银、铝、铂等）A为正极，以N型半导体B为负 极，利用二者接触面上形 成的势垒具有整流 特性而制成的金属 -半导体器件因为 N 型半导体中存 在着大量的电子，贵金属中 仅有极少量的自由电子，所 以电子便从浓度 高的B中向浓度低的A中扩散。

显然，金属A中没有空穴，也就不存在空穴自 A向 B 的扩散运动随着电子不断从 B 扩散到 A， B 表面电子浓度逐渐降低 ，表面电中性 被破坏，于是 就形成势垒，其电场方向为 B-A但在该电场作用之下，A中的电子 也会产生从A-B的漂移运动，从而消弱了由于扩散运动而形 成的电场当建立起一 定宽度的空间 电荷区后，电场引起的 电子漂移运动和浓度不同引起的 电子扩散运动达 到相对的平衡 ，便形成了 肖特基势垒 典型的肖特基整流管的内部电路结构是以 N型半导体为基 片，在上面形成用砷作 掺杂剂的N-外延层阳极使用钼或铝等材料制成阻档层用二氧化硅(SiO2)来消 除边缘区域的电场，提高管子的耐压 值N型基片具有很小的 通态电阻，其掺杂浓度 较H-层要高100%倍在基片下边形成N+阴极层，其作用是减小阴极的接触 电阻 通过调整结构 参数， N 型基片和阳 极金属之间便形成肖特基势垒，如图所示当在肖 特基势垒两端加上正向偏压邙日极金属 接电源正极，N型基片接电源负极)时，肖特 基势垒层变窄 ，其内阻变小；反之，若 在肖特基势垒两端加上反向偏压 时，肖特基势 垒层则变宽， 其内阻变大综上所述，肖 特基整流管的结构原理与 PN 结整流管有很大的区别通常将 PN 结 整流管称作结整流管，而把金属-半导管整流管叫作肖特基整流管，近年来， 采用硅 平面工 艺制造的铝硅肖特 基二极管也已问世 ，这不仅可节省贵金属， 大幅度降低成本 还改善了参数 的一致性。

优点SBD 具有开关频率高和正向 压降低等优点 ，但其反向击穿电压比较低 ，大多不 高于60V,最高仅约100V,以致于限制了其应用范围像在开关电源(SMPS)和 功率因数校正(PFC)电路中功率开关器件的续流二极管、变压器次级用 100V以上 的高频整流二 极管、RCD缓冲器电路中用600V〜1.2kV的高速二极管以及PFC升压 用600V二极管等，只有使用快速恢复外延二极管(FRED )和超快速恢复二极管 (UFRD)目前UFRD的反向恢复时间Trr也在20ns以上，根本不能满足像空间 站等领域用1MHz〜3MHz的SMPS需要即使是硬开关为100kHz的SMPS，由于 UFRD 的导通损耗和开关损 耗均较大，壳温很高，需用较大的散热器，从而使 SMPS 体积和重量增力口，不符合小型化和轻薄化的发展趋势因此，发展 100V以上的高压 SBD，一直是人们研究的课题 和关注的热点近几年，SBD已取得了突破性的进展， 150V和200V的高压SBD已经上市，使用新型材料制作的 超过1kV的SBD也研制 成功，从而为其应用注入了新的生机与活 力结构新型高压 SBD 的结构和材料与传统 SBD 是有区别的。

传统 SBD 是通过金属与 半导体接触而 构成 金属材料可选 用铝、金、钼、镍 和钛等，半导体通 常为硅( Si) 或砷化 镓( GaAs) 由于电子比空 穴迁移率大，为获 得良好的频率特性 ，故选用 N 型半导 体材料作为基片 为了减小 SBD 的结电容，提 高反向击穿电压， 同时又不使 串联电阻过大，通常是在N+衬底上外延一高阻N—薄层其结构示图如图1 (a)， 图形符号和等 效电路分别如图1 (b)和图1 (c)所示在图1 (c)中，CP是管壳 并联电容，LS是引线电感，RS是包括半导体体 电阻和引线电阻在 内的串联电阻，C j 和 Rj 分别为结 电容和结电阻（ 均为偏流、偏压的 函数）大家知道 ，金属导体内部 有大量的导电电子 当金属与半导 体接触（二 者距离只 有原子大小的数量级 ）时，金属的费米能级低于半导 体的费米能级在金属内部和半 导体导带相对 应的分能级上，电子密度小于半导体导 带的电子密度因此，在二者接 触后，电子 会从半导体向金属扩散，从而 使金属带上负电荷，半导体带 正电荷由于 金属是理想的导体，负电 荷只分布在表面为 原子大小的一个薄 层之内而对于N型 半导体 来说，失去电子 的施主杂质原子成 为正离子，则分 布在较大的厚度之 中。

电子 从半导体向金 属扩散运动的结果，形成空间电荷区、自建电 场和势垒，并且耗尽层只 在 N 型半导 体一边（势垒区全部落在半导 体一侧）势垒区中自建电场方 向由 N 型 区指向金属，随热电子 发射自建场增加，与扩散电流方向相 反的漂移电流增大，最终 达到动态平衡 ，在金属与半导体之间形成一个 接触势垒，这就是肖特基势垒 在外加电压为 零时，电子的扩散电流与反向的漂移电 流相等，达到动态平衡在 加正向偏压（即金属加正电压 ，半导体加负电压）时 ，自建场削弱，半导体一侧势垒 降低，于是 形成从金属到半导体的正向电流 当加反向偏压时，自建场 增强，势垒高 度增加，形成由半导体到金 属的较小反向电流因此， SBD 与 PN 结二极管一样，是 一种具有单向 导电性的非线性器件特点SBD 的主要 优点包括两个方 面：1） 由于肖特基势垒高度低于 PN 结势垒高度，故其正向导通门限 电压和正向压 降都比 PN 结二极管低（约低 0.2V ）2） 由于SBD是一种多数载流子 导电器件，不存在少数载流子寿命和反 向恢复问 题SBD的反向恢复时间只是肖特基势垒电容的充、放电时间，完全不同于PN结 二极管的反向恢复时间。

由于SBD的反向恢复电荷非 常少，故开关速度 非常快，开 关损耗 也特别小，尤其适 合于高频应用但是，由于SBD的反向势垒较薄，并且在其表面极 易发生击穿，所以反向击穿 电压比较低由于SBD比PN结二极管更容易受热击穿，反向漏电流比PN结二极 管大应用SBD 的结 构及特点使其适合于在低压、大 电流输出场合用作高频整流， 在非常 高的频率下（如X波段、C波段、S波段和Ku波段）用于检波和混频，在高速逻 辑 电路中用作箝位在IC中也常使用SBD，像SBD DTTL集成电路早已成为TTL电路 的主流，在高 速计算机中被广泛采用除了普 通 PN 结二极 管的特性参数之外，用于检波和 混频的 SBD 电气参数还包 括中频阻抗（指SBD施加额定本振功率时对指定中频 所呈现的阻抗，一般在200Q〜 600Q之间）、电压驻波比（一般＜2）和噪声系数等其它1、 高压 SBD长期以来，在输出12V〜24V的SMPS中，次级边的高频整流器只有选用 100V 的 SBD 或 200V 的 FRED在输出24V〜48V的SMPS中，只有选用200V〜400V的FRED设计者迫 切需要介于100V〜200V之间的150VSBD和用于48V输出SMPS用的200VSBD。

近两年来， 美国 IR 公司和 APT 公司以及 ST 公司瞄 准高压 SBD 的巨大商机， 先后开 发出150V和200V的SBD这种高压SBD比原低压SBD在结构上增加了 PN结工 艺，形成肖特 基势垒与 PN 结相结合的混合结构 ，如图 2所示采用这种结构的 SB D，击穿电压由PN结承受通过调控N—区电阻率、外延层厚度和P+区的扩散深 度，使反偏时的击穿电压突破了 100V这个长期不可逾越的障碍，达到 150V和200 V在正向偏置时，高压SBD的PN结的导通门限电压为0.6V，而肖特基 势垒的结 电压仅约0.3V，故正向电流 几乎全部由肖特基势垒供给为解决 SBD 在高温下易产生由金 属—半导体的整流 接触变为欧姆接触 而失去导 电性这一肖特基势垒的退 化问题，APT公司通过退火处理，形成金属一金属 硅化物 —硅势 垒，从而提高了肖 特基势垒的高温性 能与可靠性ST公司研制的150VSBD，是专门为在输出12V〜24V的SMPS中替代200V的 高频整流FRED而设计的像额定电流为2x8A的STPS16150CT型SBD，起始电 压比业界居先进水平的200V/2x 8AFRED (如STRR162CT )低0.07V (典型值为0. 47V )，导通电阻RD (125°C)低6.5mQ (典型值为40mQ)，导通损耗低0.18W(典型值为 1.14W)。

APT 公司推出的 APT100S20B、APT100S20LCT 和 APT2x10IS20 型 200VSB D，正向平均电流IF (AV) =100A，正向压降VFS0.95V，雪崩能量EAS=100mJE AS 的表达式为EAS=VRRMxIASxtd在式(1)中，200VSBD 的 VRRM=200V，IAS 为雪崩电流，并且 IAS=IF=100 A，EAS=100mJ在 IAS 下不会烧毁的维持时间：td=EAS/ ( VRRMxIAS ) =1000mJ /(200Vx100A)=5ps也就是说，SBD在出现雪崩之后IAS=100A时，可保证在5ps 之内不会损坏 器件EAS是检验肖特 基势垒可靠性的重要参量200V/100A的SBD在 48V输出的通信SMPS中可替代等额 定值的FRED，使整流部分的损耗降低10 %〜1 5％ 由于 SBD 的超快软恢复特性及其雪崩 能量，提高了系统工作频率和可 靠性， E MI 也得到显著的改善业界人士 认为，即使不采用新型半导体材 料，通过工艺和设计创新， SBD 的耐 压有望突破200V，但一般不会超过600V2、 SiC 高压 SBD由于 Si 和 GaAs 的势垒高度 和临界电场比宽带半导体材料 低，用其制作的 SBD 击穿电压较低，反向漏电流较大。

碳化硅(SiC)材料的禁带宽度大(2.2eV〜3.2eV)， 临界击穿电场 高(2V/cm〜4x 106V/cm )，饱合速度快(2x107cm/s )，热导率高为 4.9W/ ( cm・K)，抗化学腐蚀性强，硬度大，材料制备和制 作工艺也比较成熟，是目前制作高耐压、低正向压降和高开关速度 SBD的比较理想的新型材料1999 年，美国 Purdue 大 学在美国海军资助的 MURI 项目中，研制成功 4.9kV 的 SiC 功率 SBD ，使 SBD 在耐压方 面取得了根本性的突破SBD 的正向压降和反向漏电流直接影响 SBD 整流器的功率损耗，关系到系统效 率低正 向压降要求有低的肖特基势垒高 度，而较高的反向击穿电压 要求有尽可能高 的势垒高度 ，这是相矛盾的因此，对 势垒金属必须折衷考虑，故对 其选择显得十分 重要对N型SiC来说，Ni和Ti是比较理想的肖特基势垒金属由于 Ni/SiC的势垒 高度高于Ti/SiC，故前者有更低的反向漏电流，而后者的正向 压降较小为了获得正 向压降低和反向漏电流小的SiCSBD，。