一、肖特基二極管

　　肖特基二極管是以其發(fā)明人肖特基博士（Schottky）命名的，SBD是肖特基勢壘二極管（SchottkyBarrierDiode，縮寫成SBD）的簡稱。SBD不是利用P型半導(dǎo)體與N型半導(dǎo)體接觸形成PN結(jié)原理制作的，而是利用金屬與半導(dǎo)體接觸形成的金屬－半導(dǎo)體結(jié)原理制作的。因此，SBD也稱為金屬－半導(dǎo)體（接觸）二極管或表面勢壘二極管，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型半導(dǎo)體B為負極，利用二者接觸面上形成的勢壘具有整流特性而制成的金屬-半導(dǎo)體器件。因為N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中擴散。顯然，金屬A中沒有空穴，也就不存在空穴自A向B的擴散運動。隨著電子不斷從B擴散到A，B表面電子濃度逐漸降低，表面電中性被破壞，于是就形成勢壘，其電場方向為B→A。但在該電場作用之下，A中的電子也會產(chǎn)生從A→B的漂移運動，從而消弱了由于擴散運動而形成的電場。當(dāng)建立起一定寬度的空間電荷區(qū)后，電場引起的電子漂移運動和濃度不同引起的電子擴散運動達到相對的平衡，便形成了肖特基勢壘。

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

　　綜上所述，肖特基整流管的結(jié)構(gòu)原理與PN結(jié)整流管有很大的區(qū)別通常將PN結(jié)整流管稱作結(jié)整流管，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問世，這不僅可節(jié)省貴金屬，大幅度降低成本，還改善了參數(shù)的一致性。

　　作用

　　肖特基二極管肖特基（Schottky）二極管，又稱肖特基勢壘二極管（簡稱 SBD），它屬一種低功耗、超高速半導(dǎo)體器件。最顯著的特點為反向恢復(fù)時間極短（可以小到幾納秒），正向?qū)▔航祪H0.4V左右。其多用作高頻、低壓、大電流整流二極管、續(xù)流二極管、保護二極管，也有用在微波通信等電路中作整流二極管、小信號檢波二極管使用。在通信電源、變頻器等中比較常見。

　　一個典型的應(yīng)用，是在雙極型晶體管 BJT 的開關(guān)電路里面，通過在 BJT 上連接 Shockley 二極管來箝位，使得晶體管在導(dǎo)通狀態(tài)時其實處于很接近截止狀態(tài)，從而提高晶體管的開關(guān)速度。這種方法是 74LS，74ALS，74AS 等典型數(shù)字 IC 的 TTL內(nèi)部電路中使用的技術(shù)。

　　肖特基（Schottky）二極管的最大特點是正向壓降 VF 比較小。在同樣電流的情況下，它的正向壓降要小許多。另外它的恢復(fù)時間短。它也有一些缺點：耐壓比較低，漏電流稍大些。選用時要全面考慮。

　　應(yīng)用

　　SBD的結(jié)構(gòu)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(jié)二極管的特性參數(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施加額定本振功率時對指定中頻所呈現(xiàn)的阻抗，一般在200Ω～600Ω之間）、電壓駐波比（一般≤2）和噪聲系數(shù)等。

　　二、快恢復(fù)二極管

　　快恢復(fù)二極管（簡稱FRD）是一種具有開關(guān)特性好、反向恢復(fù)時間短特點的半導(dǎo)體二極管，主要應(yīng)用于開關(guān)電源、PWM脈寬調(diào)制器、變頻器等電子電路中，作為高頻整流二極管、續(xù)流二極管或阻尼二極管使用。 快恢復(fù)二極管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與普通PN結(jié)二極管不同，它屬于PIN結(jié)型二極管，即在P型硅材料與N型硅材料中間增加了基區(qū)I，構(gòu)成PIN硅片。因基區(qū)很薄，反向恢復(fù)電荷很小，所以快恢復(fù)二極管的反向恢復(fù)時間較短，正向壓降較低，反向擊穿電壓（耐壓值）較高。

　　結(jié)構(gòu)特點

　　快恢復(fù)二極管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與普通二極管不同，它是在P型、N型硅材料中間增加了基區(qū)I，構(gòu)成P-I-N硅片。由于基區(qū)很薄，反向恢復(fù)電荷很小，不僅大大減小了trr值，還降低了瞬態(tài)正向壓降，使管子能承受很高的反向工作電壓。快恢復(fù)二極管的反向恢復(fù)時間一般為幾百納秒，正向壓降約為0.6V，正向電流是幾安培至幾千安培，反向峰值電壓可達幾百到幾千伏。超快恢復(fù)二極管的反向恢復(fù)電荷進一步減小，使其trr可低至幾十納秒。20A以下的快恢復(fù)及超快恢復(fù)二極管大多采用TO-220封裝形式。

　　從內(nèi)部結(jié)構(gòu)看，可分成單管、對管（亦稱雙管）兩種。對管內(nèi)部包含兩只快恢復(fù)二極管，根據(jù)兩只二極管接法的不同，又有共陰對管、共陽對管之分。圖2（a）是C20-04型快恢復(fù)二極管（單管）的外形及內(nèi)部結(jié)構(gòu)。（b）圖和（c）圖分別是C92-02型（共陰對管）、MUR1680A型（共陽對管）超快恢復(fù)二極管的外形與構(gòu)造。它們均采用TO-220塑料封裝，

　　幾十安的快恢復(fù)二極管一般采用TO-3P金屬殼封裝。更大容量（幾百安～幾千安）的管子則采用螺栓型或平板型封裝形式。

　　三、肖特基二極管和快恢復(fù)二極管有什么區(qū)別

　　肖特基二極管的基本原理是：在金屬（例如鉛）和半導(dǎo)體（N型硅片）的接觸面上，用已形成的肖特基來阻擋反向電壓。肖特基與PN結(jié)的整流作用原理有根本性的差異。其耐壓程度只有40V左右。其特長是：開關(guān)速度非常快：反向恢復(fù)時間特別地短。因此，能制作開關(guān)二極管和低壓大電流整流二極管。

　　肖特基二極管它是具有肖特基特性的“金屬半導(dǎo)體結(jié)”的二極管。其正向起始電壓較低。其金屬層除鎢材料外，還可以采用金、鉬、鎳、鈦等材料。其半導(dǎo)體材料采用硅或砷化鎵，多為型半導(dǎo)體。這種器件是由多數(shù)載流子導(dǎo)電的，所以，其反向飽和電流較以少數(shù)載流子導(dǎo)電的PN結(jié)大得多。由于肖特基二極管中少數(shù)載流子的存貯效應(yīng)甚微，所以其頻率響僅為RC時間常數(shù)限制，因而，它是高頻和快速開關(guān)的理想器件。其工作頻率可達100GHz。并且，MIS（金屬-絕緣體-半導(dǎo)體）肖特基二極管可以用來制作太陽能電池或發(fā)光二極管。

　　肖特基二極管利用金屬與半導(dǎo)體接觸所形成的勢壘對電流進行控制。它的主要特點是具有較低的正向壓降（0.3V至0.6V）;另外它是多子參與導(dǎo)電，這就比少子器件有更快的反應(yīng)速度。肖特基二極管常用在門電路中作為三極管集電極的箝位二極管，以防止三極管因進入飽和狀態(tài)而降低開關(guān)速度。

　　肖特基勢壘二極管反向恢復(fù)時間極短（可以小到幾納秒），正向?qū)▔航祪H0.4V左右，而整流電流卻可達到幾千安培。這些優(yōu)良特性是快恢復(fù)二極管所無法比擬的。肖特基整流管的結(jié)構(gòu)原理與PN結(jié)整流管有很大的區(qū)別，通常將PN結(jié)整流管稱作結(jié)整流管，而把金屬-半導(dǎo)管整流管叫作肖特基整流管，近年來，采用硅平面工藝制造的鋁硅肖特基二極管也已問世，這不僅可節(jié)省貴金屬，大幅度降低成本，還改善了參數(shù)的一致性，肖特基整流管僅用一種載流子（電子）輸送電荷，在勢壘外側(cè)無過剩少數(shù)載流子的積累，因此，不存在電荷儲存問題（Qrr→0），使開關(guān)特性獲得時顯改善。其反向恢復(fù)時間已能縮短到10ns以內(nèi)。但它的反向耐壓值較低，一般不超過去時100V。因此適宜在低壓、大電流情況下工作。利用其低壓降這特點，能提高低壓、大電流整流（或續(xù)流）電路的效率 。

　　快恢復(fù)二極管是指反向恢復(fù)時間很短的二極管（5us以下），工藝上多采用摻金措施，結(jié)構(gòu)上有采用PN結(jié)型結(jié)構(gòu)，有的采用改進的PIN結(jié)構(gòu)。其正向壓降高于普通二極管（1-2V），反向耐壓多在1200V以下。

　　從性能上可分為快恢復(fù)和超快恢復(fù)兩個等級。前者反向恢復(fù)時間為數(shù)百納秒或更長，后者則在100納秒以下，快恢復(fù)二極管在制造工藝上采用摻金，單純的擴散等工藝，可獲得較高的開關(guān)速度，同時也能得到較高的耐壓。目前快恢復(fù)二極管主要應(yīng)用在逆變電源中做整流元件。 快恢復(fù)二極管具有開關(guān)特性好，反向恢復(fù)時間短、正向電流大、體積小、安裝簡便等優(yōu)點。 超快恢復(fù)二極管SRD則是在快恢復(fù)二極管基礎(chǔ)上發(fā)展而成的，其反向恢復(fù)時間trr值已接近于肖特基二極管的指標。它們可廣泛用于開關(guān)電源、脈寬調(diào)制器（PWM）、不間斷電源（UPS）、交流電動機變頻調(diào)速（VVVF）、高頻加熱等裝置中，作高頻、大電流的續(xù)流二極管或整流管，是極有發(fā)展前途的電力、電子半導(dǎo)體器件。

　　反向恢復(fù)時間，什么是反向恢復(fù)時間？當(dāng)外加二極管的電壓瞬間從正向轉(zhuǎn)到反向時，流經(jīng)器件的電流并不能相應(yīng)地瞬間從正向電流轉(zhuǎn)換為反向電流。此時，正向注入的少數(shù)載流子（空穴）被空間電荷區(qū)的強電場抽取，由于這些空穴的密度高于基區(qū)平衡空穴密度，因而在反向偏置瞬間將產(chǎn)生一個遠大于反向漏電流的反向電流，即反向恢復(fù)電流IRM.與此同時，符合過程的強化也在加速這些額外載流子密度的下降，直到基區(qū)中積累的額外載流子的完全消失，反向電流才下降并穩(wěn)定到反向漏電流。整個過程所經(jīng)歷的時間為反向恢復(fù)時間。 反向恢復(fù)時間trr的定義是：電流通過零點由正向轉(zhuǎn)換到規(guī)定低值的時間間隔。它是衡量高頻續(xù)流及整流器件性能的重要技術(shù)指標。反向恢復(fù)電流IF為正向電流，IRM為最大反向恢復(fù)電流。 Irr為反向恢復(fù)電流，通常規(guī)定Irr=0.1IRM。當(dāng)t≤t0時，正向電流I=IF。當(dāng)t》t0時，由于整流器件上的正向電壓突然變成反向電壓，因此正向電流迅速降低，在t=t1時刻，I=0。然后整流器件上流過反向電流IR，并且IR逐漸增大;在t=t2時刻達到最大反向恢復(fù)電流IRM值。此后受正向電壓的作用，反向電流逐漸減小，并在t=t3時刻達到規(guī)定值Irr。從t2到t3的反向恢復(fù)過程與電容器放電過程有相似之處。

　　快恢復(fù)、超快恢復(fù)二極管的結(jié)構(gòu)特點 快恢復(fù)二極管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與普通二極管不同，它是在P型、N型硅材料中間增加了基區(qū)I，構(gòu)成P-I-N硅片。由于基區(qū)很薄，反向恢復(fù)電荷很小，不僅大大減小了trr值，還降低了瞬態(tài)正向壓降，使管子能承受很高的反向工作電壓。快恢復(fù)二極管的反向恢復(fù)時間一般為幾百納秒，正向壓降約為0.6V，正向電流是幾安培至幾千安培，反向峰值電壓可達幾百到幾千伏。超快恢復(fù)二極管的反向恢復(fù)電荷進一步減小，使其trr可低至幾十納秒。 20A以下的快恢復(fù)及超快恢復(fù)二極管大多采用TO-220封裝形式。測量反向恢復(fù)時間，由直流電流源供規(guī)定的IF，脈沖發(fā)生器經(jīng)過隔直電容器C加脈沖信號，利用電子示波器觀察到的trr值，即是從I=0的時刻到IR=Irr時刻所經(jīng)歷的時間。 設(shè)器件內(nèi)部的反向恢電荷為Qrr，有關(guān)trr≈2Qrr/IRM可知，當(dāng)IRM為一定時，反向恢復(fù)電荷愈小，反向恢復(fù)時間就愈短。

　　常規(guī)檢測方法 在業(yè)余條件下，利用萬用表能檢測快恢復(fù)、超快恢復(fù)二極管的單向?qū)щ娦裕约皟?nèi)部有無開路、短路故障，并能測出正向?qū)▔航怠Ｈ襞湟哉讱W表，還能測量反向擊穿電壓。實例：測量一只超快恢復(fù)二極管，其主要參數(shù)為：trr=35ns，IF=5A，IFSM=50A，VRM=700V。將萬用表撥至R×1檔，讀出正向電阻為6.4？，n′=19.5格;反向電阻則為無窮大。 進一步求得VF=0.03V/格×19.5=0.585V。證明管子是好的。

　　注意事項：

　　1）有些單管，共三個引腳，中間的為空腳，一般在出廠時剪掉，但也有不剪的。

　　2）若對管中有一只管子損壞，則可作為單管使用。

　　3）測正向?qū)▔航禃r，必須使用R×1檔。若用R×1k檔，因測試電流太小，遠低于管子的正常工作電流，故測出的VF值將明顯偏低。在上面例子中，如果選擇R×1k檔測量，正向電阻就等于2.2k？，此時n′=9格。由此計算出的VF值僅0.27V，遠低于正常值（0.6V）。快恢復(fù)二極管的恢復(fù)時間是200-500ns超快速二極管的恢復(fù)時間是30-100。