【導讀】我們在肖特基二極管設計過(guò)程中，肖特基二極管與普通二極管有什么區別，有哪些參數與特點(diǎn)我們需要留意。本文分享那些電感容易忽略關(guān)鍵參數。
我們在肖特基二極管設計過(guò)程中，肖特基二極管與普通二極管有什么區別，有哪些參數與特點(diǎn)我們需要留意。本文分享那些電感容易忽略關(guān)鍵參數。
1. 什么是肖特基二極管
肖特基二極管即熱載流子二極管，是基于金屬-半導體結制造而成。
肖特基二極管結構：
肖特基二極管的結構與普通二極管有所不同。肖特基二極管使用的是鍵合到N型摻雜材料中的單層薄金屬，而不是雙層摻雜半導體材料。這種金屬與N型半導體層疊的組合也稱(chēng)為M-S結（金屬-半導體結）。
結構上與普通二極管的區別
這種金屬可以是貴金屬中的任何一種（如鉑、鎢、金等），具體取決于廠(chǎng)商的絕密配方。
結的金屬側形成了陽(yáng)極，半導體側成為陰極。正向偏壓時(shí)，肖特基二極管的最大正向壓降在 0.2 至 0.5 伏特范圍內，具體取決于正向電流和二極管類(lèi)型。當肖特基二極管與電源串聯(lián)使用時(shí)，例如在反向電壓保護電路中，這樣的低正向壓降是非常有用的，因為它能夠降低功率損耗。
符號上與普通二極管的區別
圖 3：肖特基二極管的物理結構基于金屬- N 型半導體結，因而具有很低的正向壓降和極快的開(kāi)關(guān)速度。
2. 特性與參數
舉例：onsemi NSR0340HT1G
反向電壓
反向電壓一般指的是反向偏置方向上可以施加到器件上，而不引起擊穿的最大電壓。
以 onsemi NSR0340HT1G 舉例，數據手冊中的反向電壓為40V，
與普通二極管相比，肖特基二極管由于耗盡區較窄，無(wú)法承受高反向電壓；一段肖特基二極管反向電壓范圍在50V以?xún)?，而普通二極管的電壓范圍可以到500V甚至上千伏不等。
正向電流
正向電流，一般指的是指的是通過(guò)器件的最大允許時(shí)間平均電流量。
以 onsemi NSR0340HT1G 舉例，數據手冊中的正向電流典型值為250mA
正向電流也不是一直不變的，溫度以及正向電壓越大，正向電流越大。
與類(lèi)似規格的普通二極管相比，一般來(lái)說(shuō)，肖特基二極管在高功率應用中的功耗更低且散熱效率更高。
正向電壓
二極管不是無(wú)損器件;當正向偏置方向攜帶電流時(shí)，會(huì )出現一些壓降，這被稱(chēng)為器件的正向電壓。正向壓降會(huì )隨著(zhù)正向電流調整。正向電流越大，正向電壓也越大。
以 onsemi NSR0340HT1G 舉例，數據手冊中的正向電壓：
當正向電流10mA的時(shí)候，正向電壓典型值320mV
當正向電流100mA的時(shí)候，正向電壓典型值415mV
肖特基二極管與標準二極管相比，因為它是使用金屬-半導體結而不是不同摻雜的半導體區域的結來(lái)構造的，通常具有較低的正向電壓特性。
在正向偏壓時(shí)，肖特基二極管只需0.3-0.4 伏即可開(kāi)始導通，而普通二極管則需要0.6-0.7伏。這在必須節能的應用中非常有益，如電池驅動(dòng)和太陽(yáng)能電池應用。
借助低正向電壓的優(yōu)勢，肖特基二極管可以有效地保護敏感器件不受過(guò)電壓的影響。
漏電流
在一定的反向偏置下流過(guò)二極管的電流不足以引起反向擊穿，稱(chēng)為漏電流。漏電流不是一直不變的。一般情況下，漏電流通常會(huì )隨著(zhù)溫度和施加的反向偏置電壓的量而增加。
肖特基二極管與標準二極管相比，以及隨之而來(lái)的漏電流較高、電氣穩定性和長(cháng)期可靠性較低。
以 onsemi NSR0340HT1G 舉例，數據手冊中的漏電流：
當反向電壓等于10V時(shí)，漏電流的典型值為0.2uA
當反向電壓等于25V時(shí)，漏電流的典型值為0.4uA
當反向電壓等于40V時(shí)，漏電流的典型值為1.3uA
當正向電流200mA的時(shí)候，正向電壓典型值470mV
下面這張圖，我們可以清楚的看到漏電流隨著(zhù)反向電壓以及溫度的變化而變化。
我們可能會(huì )發(fā)現，當反向電壓很高，溫度很高的時(shí)候，漏電流幾乎以指數的方式往上升。這個(gè)時(shí)候，之前可以忽略不計的漏電流無(wú)法忽視了。稍不注意，就可能導致熱失控的情況，從而導致器件升溫，引起進(jìn)一步的漏電流，然后惡性循環(huán)直至器件損壞。
作為一個(gè)粗略的經(jīng)驗法則，當溫度每升高10°C，漏電流就會(huì )增加一倍。如果為25°C的器件溫度提供漏電流特性(這是常見(jiàn)的)，當器件溫度接近其額定最大溫度時(shí)，應該準備好觀(guān)測值大約高出1000倍。
結電容
當反向偏壓時(shí)，二極管兩端的區域就像電容的電極一樣。由于結的厚度在物理上相當小，因此產(chǎn)生的電容量可以是顯著(zhù)的，并且由于其有效厚度隨施加的反向電壓的量而變化，因此結電容也依賴(lài)于電壓。
這種現象通常被利用來(lái)制造可變電容，并經(jīng)常用于RF應用，但在其他用例中，它只是另一個(gè)隱藏的寄生元件，很容易被忽視，直到它引起問(wèn)題。
以 onsemi NSR0340HT1G 舉例，數據手冊中的結電容：
在反向電壓為10V，頻率為1MHz的時(shí)候，結電容典型值為6pF
肖特基二極管的窄耗盡區，可形成低電容二極管。這意味著(zhù)，與普通二極管相比，肖特基二極管可避免嗡嗡聲和其他電容噪聲，因此肖特基二極管成為RF電路的首選。
恢復時(shí)間
二極管表現出一個(gè)實(shí)質(zhì)性的反向恢復現象，其中從正向偏壓過(guò)渡到反向偏壓狀態(tài)的過(guò)程涉及一個(gè)短暫的電流通過(guò)器件的反向方向，在顯著(zhù)高于穩態(tài)漏電流的水平。
受影響的器件通常根據該恢復周期的時(shí)間持續時(shí)間進(jìn)行分類(lèi)或描述，例如“快速恢復”或“超快速恢復”，并進(jìn)一步根據恢復過(guò)程中通過(guò)器件的電流波形的特征形狀進(jìn)行分類(lèi)或描述，例如“軟恢復”。
以 onsemi NSR0340HT1G 舉例，數據手冊中的恢復時(shí)間：
肖特基二極管常用于高效率電源和直流-直流電壓轉換器電路內，得益于其效率高且恢復時(shí)間短。
3. 肖特基二極管電源上的應用
肖特基二極管的另外一個(gè)重要特性是非?？斓拈_(kāi)關(guān)速度。從打開(kāi)狀態(tài)切換為關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，標準二極管需要花費一定時(shí)間來(lái)消除耗盡層的電荷，與之不同的是，肖特基二極管的金屬-半導體結沒(méi)有相關(guān)的耗盡層。
與硅結二極管相比，肖特基二極管的峰值反向電壓額定值受到限制。因此它們通常限定用于低壓開(kāi)關(guān)模式電源。onsemi 的 1N5822RLG 峰值反向電壓 (PRV) 額定值高達 40 V，最大正向電流為 3 A。它可應用于開(kāi)關(guān)模式電源的多個(gè)領(lǐng)域（圖 4）。
肖特基二極管在開(kāi)關(guān)模式電源中的典型應用示例，包括用于逆功率保護 (D1) 和瞬態(tài)抑制 (D2)。
肖特基二極管可用于保護穩壓器電路，防止在輸入端意外施加反極性。本例中的二極管 D1 正是用于此用途。該二極管在此應用中的主要優(yōu)勢是正向壓降較低。肖特基二極管（本例中的 D2）另一個(gè)更重要的功能是，在開(kāi)關(guān)關(guān)閉時(shí)提供返回路徑，讓電流流過(guò)電感器 L1。D2 必須是使用較短的低電感連線(xiàn)連接的快速二極管，才能實(shí)現這項功能。在低電壓電源的這項應用中，肖特基二極管具有極佳的性能。
肖特基二極管還可應用于 RF 設計，它們的快速開(kāi)關(guān)、低正向壓降、低電容特性使其非常適用于檢測器和采樣保持開(kāi)關(guān)。
4. 總結
肖特基二極管的優(yōu)缺點(diǎn)都非常明顯。肖特基二極管有著(zhù)低正向電壓, 高速開(kāi)關(guān), 低噪聲, 低功耗的優(yōu)勢，我們常?？梢栽陔妷后槲?，開(kāi)關(guān)模式電源，電池供電器件等應用中看到他的身影。另一方面，肖特基二極管的缺點(diǎn)也很顯著(zhù)，漏電流大，反向電壓較低，我們一定要在設計中格外小心。
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