肖特基二極管的特點有哪些?
結構
新型高壓SBD的結構和材料與傳統SBD是有區別的。傳統SBD是通過金屬與半導體接觸而構成。金屬材料可選用鋁、金、鉬、鎳和鈦等,半導體通常為硅(Si)或砷化鎵(GaAs)。由于電子比空穴遷移率大,為獲得良好的頻率特性,故選用N型半導體材料作為基片。
為了減小SBD的結電容,提高反向擊穿電壓,同時又不使串聯電阻過大,通常是在N+襯底上外延一高阻N-薄層。其結構示圖如圖1(a),圖形符號和等效電路分別如圖1(b)和圖1(c)所示。在圖1(c)中,CP是管殼并聯電容,LS是引線電感,RS是包括半導體體電阻和引線電阻在內的串聯電阻,Cj和Rj分別為結電容和結電阻(均為偏流、偏壓的函數)。
大家知道,金屬導體內部有大量的導電電子。當金屬與半導體接觸(二者距離只有原子大小的數量級)時,金屬的費米能級低于半導體的費米能級。在金屬內部和半導體導帶相對應的分能級上,電子密度小于半導體導帶的電子密度。因此,在二者接觸后,電子會從半導體向金屬擴散,從而使金屬帶上負電荷,半導體帶正電荷。由于金屬是理想的導體,負電荷只分布在表面為原子大小的一個薄層之內。而對于N型半導體來說,失去電子的施主雜質原子成為正離子,則分布在較大的厚度之中。電子從半導體向金屬擴散運動的結果,形成空間電荷區、自建電場和勢壘,并且耗盡層只在N型半導體一邊(勢壘區全部落在半導體一側)。勢壘區中自建電場方向由N型區指向金屬,隨熱電子發射自建場增加,與擴散電流方向相反的漂移電流增大,最終達到動態平衡,在金屬與半導體之間形成一個接觸勢壘,這就是肖特基勢壘。
在外加電壓為零時,電子的擴散電流與反向的漂移電流相等,達到動態平衡。在加正向偏壓(即金屬加正電壓,半導體加負電壓)時,自建場削弱,半導體一側勢壘降低,于是形成從金屬到半導體的正向電流。當加反向偏壓時,自建場增強,勢壘高度增加,形成由半導體到金屬的較小反向電流。因此,SBD與PN結二極管一樣,是一種具有單向導電性的非線性器件。
特點
SBD的主要優點包括兩個方面:
1)由于肖特基勢壘高度低于PN結勢壘高度,故其正向導通門限電壓和正向壓降都比PN結二極管低(約低0.2V)。
2)由于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,完全不同于PN結二極管的反向恢復時間。由于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,尤其適合于高頻應用。
但是,由于SBD的反向勢壘較薄,并且在其表面極易發生擊穿,所以反向擊穿電壓比較低。由于SBD比PN結二極管更容易受熱擊穿,反向漏電流比PN結二極管大。
應用
SBD的結構及特點使其適合于在低壓、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)用于檢波和混頻,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采用。
除了普通PN結二極管的特性參數之外,用于檢波和混頻的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)和噪聲系數等。
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