肖特基二极管的原理

肖特基二极管以其发明者肖特基博士的名字命名，SBD是肖特基势垒二极管（肖特基势垒二极管，缩写为SBD）的缩写。 SBD不是通过使用在P型半导体和N型半导体之间形成PN结的原理来制造的，而是通过使用通过金属和半导体之间的接触形成的金属-半导体结的原理来制造的。因此，SBD也称为金属半导体（接触）二极管或表面势垒二极管，它是热载流子二极管。 1.肖特基二极管的原理。肖特基二极管使用贵金属（金，银，铝，铂等）作为阳极，使用N型半导体B作为阴极。在两者的接触表面上形成的势垒具有整流特性。制造金属半导体器件。由于N型半导体中有大量电子，并且贵金属中只有很少的自由电子，因此电子从高浓度的B扩散到低浓度的A。显然，没有空穴在金属A中，没有空穴从A扩散到B。随着电子继续从B扩散到A，B表面的电子浓度逐渐降低，表面的电中性被破坏，因此a势垒形成，电场方向为B→A。但是在该电场的作用下，A中的电子也会产生从A→B的漂移运动，从而减弱了由扩散运动形成的电场。当建立具有一定宽度的空间电荷区域时，由电场引起的电子的漂移运动和由不同浓度引起的电子的扩散运动达到相对平衡，从而形成肖特基势垒。典型的肖特基整流器的内部电路结构基于N型半导体，并且在其上形成有以砷为掺杂剂的N外延层。阳极使用诸如钼或铝的材料制成阻挡层。使用二氧化硅（SiO2）消除边缘区域中的电场并提高管的耐电压。 N型衬底的导通电阻小，其掺杂浓度比H层高100％。 N +阴极层形成在基板下方，其功能是减小阴极的接触电阻。如图所示，通过调整结构参数，在N型衬底和阳极金属之间形成了肖特基势垒。当在肖特基势垒的两端施加正向偏压（阳极金属连接到电源的正极，N型衬底连接到电源的负极）时，肖特基势垒层变窄，内部电阻变小；相反，如果在肖特基势垒的两端施加反向偏压，则肖特基势垒层变宽，内部电阻变大。总之，肖特基整流器的结构原理与PN结整流器有很大的不同。 PN结整流器通常称为结整流器，金属半导体整流器称为肖特基整流器。此外，还出现了通过硅平面技术制造的Al-Si肖特基二极管，不仅节省了贵金属，大大降低了成本，而且提高了参数的一致性。 2.肖特基二极管的优点SBD具有开关频率高和正向电压降低的优点，但其反向击穿电压较低，大多不高于60V，最高仅为100V，这限制了其应用范围。像开关电源（SMPS）和功率因数校正（PFC）电路中一样，功率开关设备的续流二极管，用于变压器次级的100V或更高的高频整流二极管，600V〜1.2kV的高功率二极管， RCD缓冲电路中的高速二极管和PFC升压600V二极管，仅使用快速恢复外延二极管（FRED）和超快速恢复二极管（UFRD）。 UFRD的反向恢复时间Trr也大于20ns，不能满足空间站等领域1MHz〜3MHz SMPS的需求。即使对于硬开关为100kHz的SMPS，由于UFRD的导通损耗和开关损耗较大，外壳温度仍然很高，并且需要更大的散热片，这增加了SMPS的尺寸和重量，无法满足小型化和轻量化的要求。发展趋势。因此，开发高于100V的高压SBD一直是研究课题和关注的热点。近年来，SBD取得了突破性进展。 150V和200V的高压SBD已投放市场。由新材料制成的超过1kV的SBD也已成功开发，因此注入