【導(dǎo)讀】我們在肖特基二極管設(shè)計(jì)過程中，肖特基二極管與普通二極管有什么區(qū)別，有哪些參數(shù)與特點(diǎn)我們需要留意。本文分享那些電感容易忽略關(guān)鍵參數(shù)。
我們在肖特基二極管設(shè)計(jì)過程中，肖特基二極管與普通二極管有什么區(qū)別，有哪些參數(shù)與特點(diǎn)我們需要留意。本文分享那些電感容易忽略關(guān)鍵參數(shù)。
1. 什么是肖特基二極管
肖特基二極管即熱載流子二極管，是基于金屬-半導(dǎo)體結(jié)制造而成。
肖特基二極管結(jié)構(gòu)：
肖特基二極管的結(jié)構(gòu)與普通二極管有所不同。肖特基二極管使用的是鍵合到N型摻雜材料中的單層薄金屬，而不是雙層摻雜半導(dǎo)體材料。這種金屬與N型半導(dǎo)體層疊的組合也稱為M-S結(jié)（金屬-半導(dǎo)體結(jié)）。
結(jié)構(gòu)上與普通二極管的區(qū)別
這種金屬可以是貴金屬中的任何一種（如鉑、鎢、金等），具體取決于廠商的絕密配方。
結(jié)的金屬側(cè)形成了陽極，半導(dǎo)體側(cè)成為陰極。正向偏壓時(shí)，肖特基二極管的最大正向壓降在 0.2 至 0.5 伏特范圍內(nèi)，具體取決于正向電流和二極管類型。當(dāng)肖特基二極管與電源串聯(lián)使用時(shí)，例如在反向電壓保護(hù)電路中，這樣的低正向壓降是非常有用的，因?yàn)樗軌蚪档凸β蕮p耗。
符號上與普通二極管的區(qū)別
圖 3：肖特基二極管的物理結(jié)構(gòu)基于金屬- N 型半導(dǎo)體結(jié)，因而具有很低的正向壓降和極快的開關(guān)速度。
2. 特性與參數(shù)
舉例：onsemi NSR0340HT1G
反向電壓
反向電壓一般指的是反向偏置方向上可以施加到器件上，而不引起擊穿的最大電壓。
以 onsemi NSR0340HT1G 舉例，數(shù)據(jù)手冊中的反向電壓為40V，
與普通二極管相比，肖特基二極管由于耗盡區(qū)較窄，無法承受高反向電壓；一段肖特基二極管反向電壓范圍在50V以內(nèi)，而普通二極管的電壓范圍可以到500V甚至上千伏不等。
正向電流
正向電流，一般指的是指的是通過器件的最大允許時(shí)間平均電流量。
以 onsemi NSR0340HT1G 舉例，數(shù)據(jù)手冊中的正向電流典型值為250mA
正向電流也不是一直不變的，溫度以及正向電壓越大，正向電流越大。
與類似規(guī)格的普通二極管相比，一般來說，肖特基二極管在高功率應(yīng)用中的功耗更低且散熱效率更高。
正向電壓
二極管不是無損器件;當(dāng)正向偏置方向攜帶電流時(shí)，會(huì)出現(xiàn)一些壓降，這被稱為器件的正向電壓。正向壓降會(huì)隨著正向電流調(diào)整。正向電流越大，正向電壓也越大。
以 onsemi NSR0340HT1G 舉例，數(shù)據(jù)手冊中的正向電壓：
當(dāng)正向電流10mA的時(shí)候，正向電壓典型值320mV
當(dāng)正向電流100mA的時(shí)候，正向電壓典型值415mV
肖特基二極管與標(biāo)準(zhǔn)二極管相比，因?yàn)樗鞘褂媒饘?半導(dǎo)體結(jié)而不是不同摻雜的半導(dǎo)體區(qū)域的結(jié)來構(gòu)造的，通常具有較低的正向電壓特性。
在正向偏壓時(shí)，肖特基二極管只需0.3-0.4 伏即可開始導(dǎo)通，而普通二極管則需要0.6-0.7伏。這在必須節(jié)能的應(yīng)用中非常有益，如電池驅(qū)動(dòng)和太陽能電池應(yīng)用。
借助低正向電壓的優(yōu)勢，肖特基二極管可以有效地保護(hù)敏感器件不受過電壓的影響。
漏電流
在一定的反向偏置下流過二極管的電流不足以引起反向擊穿，稱為漏電流。漏電流不是一直不變的。一般情況下，漏電流通常會(huì)隨著溫度和施加的反向偏置電壓的量而增加。
肖特基二極管與標(biāo)準(zhǔn)二極管相比，以及隨之而來的漏電流較高、電氣穩(wěn)定性和長期可靠性較低。
以 onsemi NSR0340HT1G 舉例，數(shù)據(jù)手冊中的漏電流：
當(dāng)反向電壓等于10V時(shí)，漏電流的典型值為0.2uA
當(dāng)反向電壓等于25V時(shí)，漏電流的典型值為0.4uA
當(dāng)反向電壓等于40V時(shí)，漏電流的典型值為1.3uA
當(dāng)正向電流200mA的時(shí)候，正向電壓典型值470mV
下面這張圖，我們可以清楚的看到漏電流隨著反向電壓以及溫度的變化而變化。
我們可能會(huì)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)反向電壓很高，溫度很高的時(shí)候，漏電流幾乎以指數(shù)的方式往上升。這個(gè)時(shí)候，之前可以忽略不計(jì)的漏電流無法忽視了。稍不注意，就可能導(dǎo)致熱失控的情況，從而導(dǎo)致器件升溫，引起進(jìn)一步的漏電流，然后惡性循環(huán)直至器件損壞。
作為一個(gè)粗略的經(jīng)驗(yàn)法則，當(dāng)溫度每升高10°C，漏電流就會(huì)增加一倍。如果為25°C的器件溫度提供漏電流特性(這是常見的)，當(dāng)器件溫度接近其額定最大溫度時(shí)，應(yīng)該準(zhǔn)備好觀測值大約高出1000倍。
結(jié)電容
當(dāng)反向偏壓時(shí)，二極管兩端的區(qū)域就像電容的電極一樣。由于結(jié)的厚度在物理上相當(dāng)小，因此產(chǎn)生的電容量可以是顯著的，并且由于其有效厚度隨施加的反向電壓的量而變化，因此結(jié)電容也依賴于電壓。
這種現(xiàn)象通常被利用來制造可變電容，并經(jīng)常用于RF應(yīng)用，但在其他用例中，它只是另一個(gè)隱藏的寄生元件，很容易被忽視，直到它引起問題。
以 onsemi NSR0340HT1G 舉例，數(shù)據(jù)手冊中的結(jié)電容：
在反向電壓為10V，頻率為1MHz的時(shí)候，結(jié)電容典型值為6pF
肖特基二極管的窄耗盡區(qū)，可形成低電容二極管。這意味著，與普通二極管相比，肖特基二極管可避免嗡嗡聲和其他電容噪聲，因此肖特基二極管成為RF電路的首選。
恢復(fù)時(shí)間
二極管表現(xiàn)出一個(gè)實(shí)質(zhì)性的反向恢復(fù)現(xiàn)象，其中從正向偏壓過渡到反向偏壓狀態(tài)的過程涉及一個(gè)短暫的電流通過器件的反向方向，在顯著高于穩(wěn)態(tài)漏電流的水平。
受影響的器件通常根據(jù)該恢復(fù)周期的時(shí)間持續(xù)時(shí)間進(jìn)行分類或描述，例如“快速恢復(fù)”或“超快速恢復(fù)”，并進(jìn)一步根據(jù)恢復(fù)過程中通過器件的電流波形的特征形狀進(jìn)行分類或描述，例如“軟恢復(fù)”。
以 onsemi NSR0340HT1G 舉例，數(shù)據(jù)手冊中的恢復(fù)時(shí)間：
肖特基二極管常用于高效率電源和直流-直流電壓轉(zhuǎn)換器電路內(nèi)，得益于其效率高且恢復(fù)時(shí)間短。
3. 肖特基二極管電源上的應(yīng)用
肖特基二極管的另外一個(gè)重要特性是非?？斓拈_關(guān)速度。從打開狀態(tài)切換為關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)二極管需要花費(fèi)一定時(shí)間來消除耗盡層的電荷，與之不同的是，肖特基二極管的金屬-半導(dǎo)體結(jié)沒有相關(guān)的耗盡層。
與硅結(jié)二極管相比，肖特基二極管的峰值反向電壓額定值受到限制。因此它們通常限定用于低壓開關(guān)模式電源。onsemi 的 1N5822RLG 峰值反向電壓 (PRV) 額定值高達(dá) 40 V，最大正向電流為 3 A。它可應(yīng)用于開關(guān)模式電源的多個(gè)領(lǐng)域（圖 4）。
肖特基二極管在開關(guān)模式電源中的典型應(yīng)用示例，包括用于逆功率保護(hù) (D1) 和瞬態(tài)抑制 (D2)。
肖特基二極管可用于保護(hù)穩(wěn)壓器電路，防止在輸入端意外施加反極性。本例中的二極管 D1 正是用于此用途。該二極管在此應(yīng)用中的主要優(yōu)勢是正向壓降較低。肖特基二極管（本例中的 D2）另一個(gè)更重要的功能是，在開關(guān)關(guān)閉時(shí)提供返回路徑，讓電流流過電感器 L1。D2 必須是使用較短的低電感連線連接的快速二極管，才能實(shí)現(xiàn)這項(xiàng)功能。在低電壓電源的這項(xiàng)應(yīng)用中，肖特基二極管具有極佳的性能。
肖特基二極管還可應(yīng)用于 RF 設(shè)計(jì)，它們的快速開關(guān)、低正向壓降、低電容特性使其非常適用于檢測器和采樣保持開關(guān)。
4. 總結(jié)
肖特基二極管的優(yōu)缺點(diǎn)都非常明顯。肖特基二極管有著低正向電壓, 高速開關(guān), 低噪聲, 低功耗的優(yōu)勢，我們常?？梢栽陔妷后槲?，開關(guān)模式電源，電池供電器件等應(yīng)用中看到他的身影。另一方面，肖特基二極管的缺點(diǎn)也很顯著，漏電流大，反向電壓較低，我們一定要在設(shè)計(jì)中格外小心。
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