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肖特基二极管压降多少?如何减少压降?

发布时间:2021-02-04

【导读】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-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。
 
肖特基二极管
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-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。
 
肖特基二极管压降多少?如何减少压降?
 
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(阳极金属接电源正极,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,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。
 
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,Cj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。
 
检测
 
肖特基(Schottky)二极管也称肖特基势垒二极管(简称SBD),它是一种低功耗、超高速半导体器件,广泛应用于开关电源、变频器、驱动器等电路,作高频、低压、大电流整流二极管、续流二极管、保护二极管使用,或在微波通信等电路中作整流二极管、小信号检波二极管使用。
 
性能比较
 
下表列出了肖特基二极管和超快恢复二极管、快恢复二极管、硅高频整流二极管、硅高速开关二极管的性能比较。由表可见,硅高速开关二极管的trr虽极低,但平均整流电流很小,不能作大电流整流用。
 
检测方法
 
下面通过一个实例来介绍检测肖特基二极管的方法。检测内容包括:①识别电极;②检查管子的单向导电性;③测正向导压降VF;④测量反向击穿电压VBR。
 
被测管为B82-004型肖特基管,共有三个管脚,将管脚按照正面(字面朝向人)从左至右顺序编上序号①、②、③。选择500型万用表的R×1档进行测量,全部数据整理成下表:
 
肖特基二极管测试结论:
 
第一,根据①—②、③—④间均可测出正向电阻,判定被测管为共阴对管,①、③脚为两个阳极,②脚为公共阴极。
 
肖特基二极管压降多少?如何减少压降?
 
第二,因①—②、③—②之间的正向电阻只几欧姆,而反向电阻为无穷大,故具有单向导电性。
 
第三,内部两只肖特基二极管的正向导通压降分别为0.315V、0.33V,均低于手册中给定的最大允许值VFM(0.55V)。
 
另外使用ZC 25-3型兆欧表和500型万用表的250VDC档测出,内部两管的反向击穿电压VBR依次为140V、135V。查手册,B82-004的最高反向工作电压(即反向峰值电压)VBR=40V。表明留有较高的安全系数。
 
肖特基二极管压降多少
小电流时是0.1-0.2V。
 
流过额定电流时就大了,看数据手册可知:
1A 3A
1N5817(20V/1A) 0.45V 0.75V
1N5818(30V/1A) 0.55V 0.875V
1N5819(40V/1A) 0.6V 0.9V
 
如何减少压降
1、肖特基二极管压降的意义
 
肖特基二极管最大的优点是阻抗低、正向压降小、恢复速度快,所以常用于高频大电流整流和降电保护线路。
 
2、肖特基二极管压降的常用测试方法
 
用“DC POWER SUPPLY”仪(恒流稳压直流电流)测试:先给小电压以便有电流通过肖特基二极管,再慢慢调大电流达到被测肖特基二极管的额定电流,待电压值稳定后再读数,稳定后的读数就是额定电流的压降。
 
为何是稳定后的电压读数才是正确的压降读数:肖特基二极管的阻抗不是固定的,而是随温度升高而变小的(非线性关系)。
 
当有电流通过肖特基二极管时,管芯会产生热量,再通过管体散发出去,当达到热平衡时(管芯产生的热量能及时散发出去),此时的阻抗也就是相对稳定,这是能量守恒定律(P=I2R,P转化为热量)。如果直接用额定电流测试,初始读数是偏高的,因为此时的管芯处于常温状态,阻抗最大,读数会随时间推移而逐步降低,就是因为阻抗随温度升高而变小的原因。
 
3、肖特基二极管压降的测试方法常见误区
 
部分用户因受测试仪器的限制而直接用万用表测试,虽然万用表有测试二极管的这一档,但其输出电流只有一两个毫安,其测试的读数并不是“内阻”,而是在电流为毫安级时的压降,并且,用这种方法测试每一批肖特基二极管压降时显示的读数可能会偏差很大,肖特基二极管通常工作电流是安培级的,两者相差千倍。
 
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