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名片

  肖特基二極管是以其發(fā)明人肖特基博士(Schottky)命名的,SBD是肖特基�(shì)壘二極管(SchottkyBarrierDiode,縮寫成SBD)的�(jiǎn)�。SBD不是利用P型半�(dǎo)體與N型半�(dǎo)體接觸形成PN�(jié)原理制作的,而是利用金屬與半�(dǎo)體接觸形成的金屬-半�(dǎo)體結(jié)原理制作的。因�,SBD也稱為金屬-半導(dǎo)體(接觸)二極管或表面勢(shì)壘二極管,它是一種熱載流子二極管�

原理

  肖特基二極管是貴金屬(金、銀、鋁、鉑等)A為正極,以N型半�(dǎo)體B為負(fù)�,利用二者接觸面上形成的�(shì)壘具有整流特性而制成的金屬-半導(dǎo)體器�。因?yàn)镹型半導(dǎo)體中存在著大量的電子,貴金屬中僅有極少量的自由電子,所以電子便從濃度高的B中向濃度低的A中擴(kuò)�。顯然,金屬A中沒(méi)有空�,也就不存在空穴自A向B的擴(kuò)散運(yùn)�(dòng)。隨著電子不斷從B�(kuò)散到A,B表面電子濃度逐漸降低,表面電中性被破壞,于是就形成�(shì)壘,其電�(chǎng)方向?yàn)锽→A。但在該電場(chǎng)作用之下,A中的電子也會(huì)�(chǎn)生從A→B的漂移運(yùn)�(dòng),從而消弱了由于�(kuò)散運(yùn)�(dòng)而形成的電場(chǎng)。當(dāng)建立起一定寬度的空間電荷區(qū)�,電�(chǎng)引起的電子漂移運(yùn)�(dòng)和濃度不同引起的電子�(kuò)散運(yùn)�(dòng)�(dá)到相�(duì)的平衡,便形成了肖特基勢(shì)��

  典型的肖特基整流管的�(nèi)部電路結(jié)�(gòu)是以N型半�(dǎo)體為基片,在上面形成用砷作摻雜劑的N-外延�。陽(yáng)極使用鉬或鋁等材料制成阻檔層。用二氧化硅(SiO2)來(lái)消除邊緣區(qū)域的電場(chǎng),提高管子的耐壓�。N型基片具有很小的通態(tài)電阻,其摻雜濃度較H-層要�100%�。在基片下邊形成N+陰極�,其作用是減小陰極的接觸電阻。通過(guò)�(diào)整結(jié)�(gòu)參數(shù),N型基片和�(yáng)極金屬之間便形成肖特基勢(shì)壘,如圖所�。當(dāng)在肖特基�(shì)壘兩端加上正向偏壓(�(yáng)極金屬接電源正極,N型基片接電源�(fù)極)�(shí),肖特基�(shì)壘層變窄,其�(nèi)阻變??;反�,若在肖特基�(shì)壘兩端加上反向偏壓時(shí),肖特基�(shì)壘層則變寬,其內(nèi)阻變��

  綜上所�,肖特基整流管的�(jié)�(gòu)原理與PN�(jié)整流管有很大的區(qū)別通常將PN�(jié)整流管稱作結(jié)整流�,而把金屬-半導(dǎo)管整流管叫作肖特基整流管,采用硅平面工藝制造的鋁硅肖特基二極管也已�(wèn)�,這不僅可節(jié)省貴金屬,大幅度降低成本,還改善了參�(shù)的一致��

作用

  肖特基二極管肖特基(Schottky)二極管,又稱肖特基�(shì)壘二極管(簡(jiǎn)� SBD),它屬一種低功�、超高速半�(dǎo)體器�。最顯著的特�(diǎn)為反向恢�(fù)�(shí)間極短(可以小到幾納秒),正�?qū)▔航祪H0.4V左右。其多用作高頻、低�、大電流整流二極�、續(xù)流二極管、保�(hù)二極�,也有用在微波通信等電路中作整流二極管、小信號(hào)檢波二極管使�。在通信電源、變頻器等中比較常見(jiàn)�

  一�(gè)典型的應(yīng)用,是在雙極型晶體管 BJT 的開(kāi)�(guān)電路里面,通過(guò)� BJT 上連接 Shockley 二極管來(lái)箝位,使得晶體管在導(dǎo)通狀�(tài)�(shí)其實(shí)處于很接近截�?fàn)顟B(tài),從而提高晶體管的開(kāi)�(guān)速度。這種方法� 74LS�74ALS�74AS 等典型數(shù)� IC � TTL�(nèi)部電路中使用的技�(shù)�

  肖特基(Schottky)二極管的特�(diǎn)是正向壓� VF 比較�。在同樣電流的情況下,它的正向壓降要小許�。另外它的恢�(fù)�(shí)間短。它也有一些缺�(diǎn):耐壓比較�,漏電流稍大�。選用時(shí)要全面考慮�

�(yōu)�(diǎn)

  SBD具有�(kāi)�(guān)頻率高和正向壓降低等�(yōu)�(diǎn),但其反向擊穿電壓比較低,大多不高于60V,僅�100V,以致于限制了其�(yīng)用范�。像在開(kāi)�(guān)電源(SMPS)和功率因數(shù)校正(PFC)電路中功率�(kāi)�(guān)器件的續(xù)流二極管、變壓器次級(jí)�100V以上的高頻整流二極管、RCD緩沖器電路中�600V�1.2kV的高速二極管以及PFC升壓�600V二極管等,只有使用快速恢�(fù)外延二極管(FRED)和超快速恢�(fù)二極管(UFRD�。UFRD的反向恢�(fù)�(shí)間Trr也在20ns以上,根本不能滿足像空間站等�(lǐng)域用1MHz�3MHz的SMPS需�。即使是硬開(kāi)�(guān)�100kHz的SMPS,由于UFRD的導(dǎo)通損耗和�(kāi)�(guān)損耗均較大,殼溫很高,需用較大的散熱�,從而使SMPS體積和重量增�,不符合小型化和輕薄化的�(fā)展趨�(shì)。因�,發(fā)�100V以上的高壓SBD,一直是人們研究的課題和關(guān)注的熱點(diǎn)。近幾年,SBD已取得了突破性的�(jìn)��150V� 200V的高壓SBD已經(jīng)上市,使用新型材料制作的超過(guò)1kV的SBD也研制成�,從而為其應(yīng)用注入了新的生機(jī)與活��

缺點(diǎn)

  肖特基二極體的缺�(diǎn)是其反向偏壓較低及反向漏電流偏大,像使用硅及金屬為材料的肖特基二極體,其反向偏壓額定耐壓只到 50V,而反向漏電流值為正溫度特�,容易隨著溫度升高而急遽變大,實(shí)�(wù)�(shè)�(jì)上需注意其熱失控的隱�。為了避免上述的�(wèn)題,肖特基二極體�(shí)際使用時(shí)的反向偏壓都�(huì)比其額定值小很多。不�(guò)肖特基二極體的技�(shù)也已有了�(jìn)�,其反向偏壓的額定值可以到200V�

�(jié)�(gòu)

  新型高壓SBD的結(jié)�(gòu)和材料與傳統(tǒng)SBD是有區(qū)別的。傳�(tǒng)SBD是通過(guò)金屬與半�(dǎo)體接觸而構(gòu)�。金屬材料可選用�、金、鉬、鎳和鈦等,半導(dǎo)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�,故選用N型半�(dǎo)體材料作為基�。為了減小SBD的結(jié)電容,提高反向擊穿電�,同�(shí)又不使串�(lián)電阻�(guò)�,通常是在N+襯底上外延一高阻N-薄�。其�(jié)�(gòu)示圖如圖1(a),圖形符號(hào)和等效電路分別如�1(b)和�1(c)所�。在�1(c)中,CP是管殼并�(lián)電容,LS是引線電�,RS是包括半�(dǎo)體體電阻和引線電阻在�(nèi)的串�(lián)電阻,Cj和Rj分別為結(jié)電容和結(jié)電阻(均為偏�、偏壓的函數(shù)��  大家知道,金屬導(dǎo)體內(nèi)部有大量的導(dǎo)電電�。當(dāng)金屬與半�(dǎo)體接觸(二者距離只有原子大小的�(shù)量級(jí))時(shí),金屬的�(fèi)米能�(jí)低于半導(dǎo)體的�(fèi)米能�(jí)。在金屬�(nèi)部和半導(dǎo)體導(dǎo)帶相�(duì)�(yīng)的分能級(jí)�,電子密度小于半�(dǎo)體導(dǎo)帶的電子密度。因�,在二者接觸后,電子會(huì)從半�(dǎo)體向金屬�(kuò)�,從而使金屬帶上�(fù)電荷,半�(dǎo)體帶正電�。由于金屬是理想的導(dǎo)�,負(fù)電荷只分布在表面為原子大小的一�(gè)薄層之內(nèi)。而對(duì)于N型半�(dǎo)體來(lái)�(shuō),失去電子的施主雜質(zhì)原子成為正離�,則分布在較大的厚度之中。電子從半導(dǎo)體向金屬�(kuò)散運(yùn)�(dòng)的結(jié)�,形成空間電荷區(qū)、自建電�(chǎng)和勢(shì)�,并且耗盡層只在N型半�(dǎo)體一邊(�(shì)壘區(qū)全部落在半導(dǎo)體一�(cè)�。勢(shì)壘區(qū)中自建電�(chǎng)方向由N型區(qū)指向金屬,隨熱電子發(fā)射自建場(chǎng)增加,與�(kuò)散電流方向相反的漂移電流增大,最終達(dá)到動(dòng)�(tài)平衡,在金屬與半�(dǎo)體之間形成一�(gè)接觸�(shì)�,這就是肖特基�(shì)��

  在外加電壓為零時(shí),電子的�(kuò)散電流與反向的漂移電流相�,達(dá)到動(dòng)�(tài)平衡。在加正向偏壓(即金屬加正電壓,半導(dǎo)體加�(fù)電壓)時(shí),自建場(chǎng)削弱,半�(dǎo)體一�(cè)�(shì)壘降低,于是形成從金屬到半導(dǎo)體的正向電流。當(dāng)加反向偏壓時(shí),自建場(chǎng)增強(qiáng),勢(shì)壘高度增加,形成由半�(dǎo)體到金屬的較小反向電�。因�,SBD與PN�(jié)二極管一樣,是一種具有單�?qū)щ娦缘姆蔷€性器��

特點(diǎn)

  SBD的主要優(yōu)�(diǎn)包括兩�(gè)方面�

  1)由于肖特基�(shì)壘高度低于PN�(jié)�(shì)壘高�,故其正�?qū)ㄩT限電壓和正向壓降都比PN�(jié)二極管低(約�0.2V)�

  2)由于SBD是一種多�(shù)載流子導(dǎo)電器�,不存在少數(shù)載流子壽命和反向恢復(fù)�(wèn)題。SBD的反向恢�(fù)�(shí)間只是肖特基�(shì)壘電容的�、放電時(shí)�,完全不同于PN�(jié)二極管的反向恢復(fù)�(shí)間。由于SBD的反向恢�(fù)電荷非常�,故�(kāi)�(guān)速度�??欤_(kāi)�(guān)損耗也特別�,尤其適合于高頻�(yīng)用�

  但是,由于SBD的反向勢(shì)壘較薄,并且在其表面極易�(fā)生擊�,所以反向擊穿電壓比較低。由于SBD比PN�(jié)二極管更容易受熱擊穿,反向漏電流比PN�(jié)二極管大�

�(yīng)�

  SBD的結(jié)�(gòu)及特�(diǎn)使其適合于在低壓、大電流輸出�(chǎng)合用作高頻整�,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(jì)算機(jī)中被廣泛采用�

  除了普通PN�(jié)二極管的特性參�(shù)之外,用于檢波和混頻的SBD電氣參數(shù)還包括中頻阻抗(指SBD施加額定本振功率�(shí)�(duì)指定中頻所呈現(xiàn)的阻�,一般在200Ω�600Ω之間�、電壓駐波比(一般≤2)和噪聲系數(shù)等�

檢測(cè)

  肖特基(Schottky)二極管也稱肖特基勢(shì)壘二極管(簡(jiǎn)稱SBD�,它是一種低功耗、超高速半�(dǎo)體器�,廣泛應(yīng)用于�(kāi)�(guān)電源、變頻器、驅(qū)�(dòng)器等電路,作高頻、低�、大電流整流二極管、續(xù)流二極管、保�(hù)二極管使用,或在微波通信等電路中作整流二極管、小信號(hào)檢波二極管使用�

性能比較

下表列出了肖特基二極管和超快恢復(fù)二極�、快恢復(fù)二極�、硅高頻整流二極�、硅高速開(kāi)�(guān)二極管的性能比較。由表可�(jiàn),硅高速開(kāi)�(guān)二極管的trr雖極�,但平均整流電流很小,不能作大電流整流用�

檢測(cè)方法

  下面通過(guò)一�(gè)�(shí)例來(lái)介紹檢測(cè)肖特基二極管的方�。檢�(cè)�(nèi)容包括:①識(shí)別電�;②檢查管子的單�?qū)щ�?;③�(cè)正向?qū)航礦F;④�(cè)量反向擊穿電壓VBR�

  被測(cè)管為B82-004型肖特基管,共有三�(gè)管腳,將管腳按照正面(字面朝向人)從左至右順序編上序�(hào)�、②、③。選�500型萬(wàn)用表的R×1檔�(jìn)行測(cè)量,全部�(shù)�(jù)整理成下表:

肖特基二極管�(cè)試結(jié)�

  ,根�(jù)①—②、③—④間均可測(cè)出正向電�,判定被�(cè)管為共陰�(duì)�,①、③腳為兩�(gè)�(yáng)�,②腳為公共陰極�

  第二,因①—②、③—②之間的正向電阻只幾歐�,而反向電阻為�(wú)窮大,故具有單向?qū)щ娦浴?/FONT>

  第三,內(nèi)�?jī)芍恍ぬ鼗O管的正向?qū)▔航捣謩e�0.315V�0.33V,均低于手冊(cè)中給定的允許值VFM(0.55V)�

  另外使用ZC 25-3型兆歐表�500型萬(wàn)用表�250VDC檔測(cè)出,�(nèi)�?jī)晒艿姆聪驌舸╇妷篤BR依次�140V�135V。查手冊(cè),B82-004的反向工作電壓(即反向峰值電壓)VBR=40V。表明留有較高的安全系數(shù).

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