肖特基二極管是德國科學家肖特基(Schottky)1938年發(fā)明的。肖特基二極管與普通的PN結二極管不同。是使用N型半導體材料與金屬在一起結合形成金屬一半導體結。肖特基二極管比普通二極管有正向壓降低、反向電荷恢復時間短(10ns以內)等優(yōu)點。
應用特點:適合于高頻、大電流、低電壓整流電路以及微波電子混頻電路、檢波電路、高頻數字邏輯電路等。
肖特基二極管的內部結構
肖特基(Schottky)二極管也稱肖特基勢壘二極管(簡稱SBD),是由金屬與半導體接觸形成的勢壘層為基礎制成的二極管如圖 1所示,其主要特點是正向導通壓降小(約0.45V),反向恢復時間短和開關損耗小,是一種低功耗、超高速半導體器件。肖特基二極管在結構原理上與PN結二極管有很大區(qū)別,它的內部是由陽極金屬(用鉬或鋁等材料制成的阻擋層)、二氧化硅(SiO2)電場消除材料、N-外延層(砷材料)、N型硅基片、N+陰極層及陰極金屬等構成,如圖1所示。
在N型基片和陽極金屬之間形成肖特基勢壘。當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,其內阻變大。
肖特基二極管存在的問題是耐壓比較低,反向漏電流比較大。目前應用在功率變換電路中的肖特基二極管的大體水平是耐壓在150V以下,平均電流在100A以下,反向恢復時間在10~40ns。肖特基二極管應用在高頻低壓電路中,是比較理想的。
肖特基二極管應用
開關電源當中我們經常會用到肖特基二極管,但是由于不同廠商等原因性能上就相差很大,我們選擇肖特基時必須要考慮以下幾點參數:
1、導通壓降VF
VF為二極管正向導通時二極管兩端的壓降,當通過二極管的電流越大,VF越大;當二極管溫度越高時,VF越小。
2、反向飽和漏電流IR
IR指在二極管兩端加入反向電壓時,流過二極管的電流,肖特基二極管反向漏電流較大,選擇肖特基二極管是盡量選擇IR較小的二極管。
3、額定電流IF
指二極管長期運行時,根據允許溫升折算出來的平均電流值。
肖特基二極管在數字電路中的應用詳解
目前帶主控器的電子設計中,基本都會用到實時時鐘(RTC),RTC需要額外的鈕扣電池來供電,以免系統掉電后,時間信息丟失。同時系統啟動后,為了延長電池的使用時間,往往會讓主系統供電。因此,RTC往往需要雙電源供電,而二極管由于它的單向導通性,可以起到電源隔離的作用。以小信號肖特基二極管BAT54C為例,其正向壓降最大只有0.24v(正向電流0.1ma時),RTC電流消耗也是ua級的,加入肖特基二極管隔離電源后,也是能完全滿足要求的。
2、肖特基二極管用作與門
如下圖,n個肖特基二極管組成n輸入的與門,只要A1~An中有一個信號輸出邏輯0,則Output輸出邏輯0,只有A1~An中所有信號輸出邏輯1,Output才能輸出邏輯1。即實現了信號A1~An的相與。由于在數字電路中,芯片信號輸入級基本都是高阻的,因此,用肖特基二極管組成的與門電路總體電流都是ua級別的,肖特基二極管壓降都是極其小的,電平仍能滿足設計要求。
3、 肖特基二極管用作或門
如下圖,n個肖特基二極管組成n輸入的或門,只要A1~An中有一個信號輸出邏輯1,則Output輸出邏輯1,只有A1~An中所有信號輸出邏輯0,Output才能輸出邏輯0。即實現了信號A1~An的相或。
4、簡單應用實例
在數字電路設計中,往往需要實現一些信號簡單的相與、相或、反相。如果直接采用74系列等邏輯芯片,不僅布板面積大大增加,布線也不具靈活性。而采用小信號肖特基二極管組成與或門電路會更加的靈活好用。下圖為一個簡單的二路復位電路,JTAG產生復位信號需要復位主控器,而外部復位鍵也需要在按下時實現復位主控器。如果JTAG復位與按鍵復位直接線與輸出到主控器的復位腳,將可能對JTAG仿真器造成損害。例如,按下復位鍵時,將直接把JTAG輸出復位腳位低。而通過肖特基二極管BAT54A組成相與電路,各個信號輸出不會相互影響。下圖只要JTAG輸出0邏輯或按鍵復位輸出0邏輯都能讓主控器實現復位。
如果要用作非門,可采用三極管,當然三極管在電子電路中應用也是很廣泛,如在數字電路中可作為開關器件,作為電流驅動,作為電平轉換等。