普通硅二极管与肖特基二极管，究竟有何异同？

半导体工艺与设备 2022-03-10 07:00

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问：普通硅二极管与肖特基二极管的异同？

答：两种二极管都是单向导电，可用于整流场合。

区别是普通硅二极管的耐压可以做得较高，但是它的恢复速度低，只能用在低频的整流上，如果是高频的就会因为无法快速恢复而发生反向漏电，最后导致管子严重发热烧毁；肖特基二极管的耐压能常较低，但是它的恢复速度快，可以用在高频场合，故开关电源采用此种二极管作为整流输出用，尽管如此，开关电源上的整流管温度还是很高的。

肖特基二极管是以其发明人肖特基博士（Schottky）命名的，是肖特基势垒二极管（Schottky Barrier Diode，缩写成SBD）的简称。

和其他的二极管比起来，肖特基二极管有什么特别的呢？

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。

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。

肖特基整流管仅用一种载流子（电子）输送电荷，在势垒外侧无过剩少数载流子的积累，因此，不存在电荷储存问题（Qrr→0），使开关特性获得时显改善。其反向恢复时间已能缩短到10ns以内。但它的反向耐压值较低，一般不超过去时100V。因此适宜在低压、大电流情况下工作。利用其低压降这特点，能提高低压、大电流整流（或续流）电路的效率。

利用金属与半导体接触形成肖特基势垒构成的微波二极管称为肖特基势垒二极管。这种器件对外主要呈现非线性电阻特性是构成微波混频器、检波器和微波开关等的核心元件。

结构：

肖特基势垒二极管有两种管芯结构：点接触型和面结合型，如下图所示：

点接触型管芯用一根金属丝压接在N型半导体外延层表面上形成金半接触。面结合型管芯先要在N型半导体外延层表面上生成二氧化硅（SiO2）保护层，再用光刻的办法腐蚀出一个小孔，暴露出N型半导体外延层表面，淀积一层金属膜（一般采用金属钼或钛，称为势垒金属）形成金半接触，再蒸镀或电镀一层金属（金、银等）构成电极。

两种管芯结构的半导体一侧都采用重掺杂N+层作衬底，并在其上形成欧姆接触的电极。面结合型管性能要优于点接触管。

主要原因在于：

（1）点接触管表面不易清洁，针点压力会造成半导体表面畸变。其接触势垒不是理想的肖特基势垒受到机械震动时还会产生颤抖噪声。面结合型管金半接触界面比较平整不暴露而较易清洁其接触势垒几乎是理想的肖特基势垒。

（2）不同的点接触管在生产时压接压力不同，使得肖特基结的直径不同。因此性能一致性差可靠性也差。面结合型管采用平面工艺，因此性能稳定，一致性好，不易损坏。

图中给出一种面结合型二极管的结构图和等效电路。从中可以看出各部分的结构尺寸量级。通常这种管芯要进行封装才能方便地使用。肖特基势垒二极管的典型封装结构可采用“炮弹”式、微带式、SOT贴片式等如图2-30所示：

问：肖特基二极管与普通二极管从外观上如何区分？肖特基二极管与普通二极管标识有何区别？

答：除了型号，外形上一般没什么区别，但可以测量正向压降进行区别，直接用数字万用表测（小电流）普通二极管在0.5V以上，肖特基二极管在0.3V以下，大电流时普通二极管在0.8V左右，肖特基二极管在0.5V以下；SR350 就是表示3A50V。另肖特基二极管耐压一般在100V以下，没有150V以上的。

什么是快恢复二极管？

快恢复二极管（简称FRD）是一种具有开关特性好、反向恢复时间短特点的半导体二极管，主要应用于开关电源、PWM脉宽调制器、变频器等电子电路中，作为高频整流二极管、续流二极管或阻尼二极管使用。

快恢复二极管的内部结构：

与普通PN结二极管不同，它属于PIN结型二极管，即在P型硅材料与N型硅材料中间增加了基区I，构成PIN硅片。因基区很薄，反向恢复电荷很小，所以快恢复二极管的反向恢复时间较短，正向压降较低，反向击穿电压（耐压值）较高

通常，5~20A的快恢复二极管管采用TO–220FP塑料封装，20A以上的大功率快恢复二极管采用顶部带金属散热片的TO–3P塑料封装，5A以下的快恢复二极管则采用DO–41、DO–15或DO–27等规格塑料封装。

采用TO–220或TO–3P封装的大功率快恢复二极管，有单管和双管之分。双管的管脚引出方式又分为共阳和共阴。

性能特点：

（1）反向恢复时间

反向恢复时间tr的定义是：电流通过零点由正向转换到规定低值的时间间隔。它是衡量高频续流及整流器件性能的重要技术指标。反向恢复电流的波形如图1所示。IF为正向电流，IRM为最大反向恢复电流。Irr为反向恢复电流，通常规定Irr=0.1IRM。当t≤t0时，正向电流I=IF。当t＞t0时，由于整流器件上的正向电压突然变成反向电压，因此正向电流迅速降低，在t=t1时刻，I=0。然后整流器件上流过反向电流IR，并且IR逐渐增大；在t=t2时刻达到最大反向恢复电流IRM值。此后受正向电压的作用，反向电流逐渐减小，并在t=t3时刻达到规定值Irr。从t2到t3的反向恢复过程与电容器放电过程有相似之处。

（2）快恢复、超快恢复二极管的结构特点

快恢复二极管的内部结构与普通二极管不同，它是在P型、N型硅材料中间增加了基区I，构成P-I-N硅片。由于基区很薄，反向恢复电荷很小，不仅大大减小了trr值，还降低了瞬态正向压降，使管子能承受很高的反向工作电压。快恢复二极管的反向恢复时间一般为几百纳秒，正向压降约为0.6V，正向电流是几安培至几千安培，反向峰值电压可达几百到几千伏。超快恢复二极管的反向恢复电荷进一步减小，使其trr可低至几十纳秒。

20A以下的快恢复及超快恢复二极管大多采用TO-220封装形式。从内部结构看，可分成单管、对管（亦称双管）两种。对管内部包含两只快恢复二极管，根据两只二极管接法的不同，又有共阴对管、共阳对管之分。图2(a)是C20-04型快恢复二极管（单管）的外形及内部结构。(b)图和(c)图分别是C92-02型（共阴对管）、MUR1680A型（共阳对管）超快恢复二极管的外形与构造。它们均采用TO-220塑料封装，几十安的快恢复二极管一般采用TO-3P金属壳封装。更大容量（几百安～几千安）的管子则采用螺栓型或平板型封装形式。

问：肖特基二极管和快恢复二极管又什么区别？

答：快恢复二极管是指反向恢复时间很短的二极管（5us以下），工艺上多采用掺金措施，结构上有采用PN结型结构，有的采用改进的PIN结构。其正向压降高于普通二极管（1-2V），反向耐压多在1200V以下。从性能上可分为快恢复和超快恢复两个等级。前者反向恢复时间为数百纳秒或更长，后者则在100纳秒以下。

肖特基二极管是以金属和半导体接触形成的势垒为基础的二极管，简称肖特基二极管(Schottky Barrier Diode），具有正向压降低（0.4--0.5V）、反向恢复时间很短（10-40纳秒），而且反向漏电流较大，耐压低，一般低于150V，多用于低电压场合。

这两种管子通常用于开关电源。

肖特基二极管和快恢复二极管区别：前者的恢复时间比后者小一百倍左右，前者的反向恢复时间大约为几纳秒。

前者的优点还有低功耗，大电流，超高速；电气特性当然都是二极管。

快恢复二极管在制造工艺上采用掺金，单纯的扩散等工艺，可获得较高的开关速度，同时也能得到较高的耐压。目前，快恢复二极管主要应用在逆变电源中做整流元件。

肖特基二极管：反向耐压值较低40V-50V，通态压降0.3-0.6V，小于10nS的反向恢复时间。它是具有肖特基特性的“金属半导体结”的二极管。其正向起始电压较低。其金属层除材料外，还可以采用金、钼、镍、钛等材料。其半导体材料采用硅或砷化镓，多为N型半导体。这种器件是由多数载流子导电的，所以，其反向饱和电流较以少数载流子导电的PN结大得多。由于肖特基二极管中少数载流子的存贮效应甚微，所以其频率响仅为RC时间常数限制，因而，它是高频和快速开关的理想器件。其工作频率可达100GHz。并且，MIS（金属－绝缘体－半导体）肖特基二极管可以用来制作太阳能电池或发光二极管。

快恢复二极管：有0.8-1.1V的正向导通压降，35-85nS的反向恢复时间，在导通和截止之间迅速转换，提高了器件的使用频率并改善了波形。快恢复二极管在制造工艺上采用掺金,单纯的扩散等工艺,可获得较高的开关速度,同时也能得到较高的耐压.目前快恢复二极管主要应用在逆变电源中做整流元件。

快速恢复二极管，顾名思义，是比普通二极管PN结的单向导通阀门恢复快的二极管！用途也很广。

问：肖特基二极管的主要应用场景是什么？

虽然肖特基二极管已经上市有几十年了，新的发展和产品却不断增强了它的特性并扩展了应用的可能性。除了太阳能电池板和汽车，它们现在也被用于笔记本电脑、智能手机和平板电脑的电池充电器。但是，哪些肖特基二极管适合于何种用途呢？

肖特基二极管主要用于以下两个领域：

（1）整流，换句话说，在开关电源（开关模式电源，SMPS）或电源整流器内部的交流至直流转换，以及直流电压转换。

（2）阻止直流电流和相反极性的直流的反向流动，例如当电池插入不正确时。

由于其较高的开关速度，肖特基二极管主要用于高达微波范围的高频应用。这也是由于它们的低饱和能力。因此，它们通常在开关电源中以续流二极管或整流器二极管的形式用作降低感应电压的保护二极管，还可用作检测电路的解调器。

问：为什么有的二极管是三个管教？

有些用于全波整流的二极管外形象三极管，是两个二极管反向联接（负极并在一起）封装的，一般中间为负极，是为节约地方，使电路板更紧蔟。

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