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二极管的种类及肖特基二极管的特点

时间:2023-06-18 11:26来源:未知 作者:admin 点击:
一、按工作频率分类 最基本的分类方法。 二极管 根据其特性或用途分为整流二极管、开关二极管、肖特基势垒二极管、齐纳(稳压)二极管、发光二极管、检波二极管、高频二极管。另

一、按工作频率分类

最基本的分类方法。二极管根据其特性或用途分为整流二极管、开关二极管、肖特基势垒二极管、齐纳(稳压)二极管、发光二极管、检波二极管、高频二极管。另外,作为保护元件一般使用齐纳二极管,但随着周边电路的精密化、应用微细化,被要求使用更高性能的保护元件 — TVS (Transient Voltage Suppressor)。不同用途的二极管又可以按频率划分在一起,如下图。

二极管的种类及肖特基二极管的特点

按工作频率分类

二、按PN结结构分类

(1)点接触型二极管

点接触型二极管是用一根很细的金属触丝压在光洁的半导体表面上,通以强脉冲电流,使触丝一端和半导体牢固地烧结在一起,构成pn结,如图所示。点接触型二极管因触丝与半导体接触面很小,只允许通过较小的电流(几十毫安以下),但在高频下工作性能很好,适用于收音机中对高频信号的检波和微弱交流电的整流。

二极管的种类及肖特基二极管的特点

点接触型二极管示意图

(2)面接触型二极管

面接触型二极管的pn结面积较大,并做成平面状,如图所示。它可以通过较大的电流,适用于对电网的交流电进行整流。

二极管的种类及肖特基二极管的特点

面接触型二极管示意图

(3)平面型二极管

现在最常用的半导体结合的方法,在硅基板上形成氧化膜,在必要的地方开孔把不纯物扩散结合。

二极管的种类及肖特基二极管的特点

把不纯物热扩散到硅半导体里,形成叫做P形,N形的不纯物扩散领域。这个结合部产生叫做电位墙壁的墙壁。

利用金属与半导体结合时产生的电位墙壁的叫做肖特基垫垒形。和PN形来比,恢复时间快,所以高频的整流效果非常好,还有顺方向电压也低,功耗也少,所以广泛用于高频整流。

(4)台面型二极管

结合部像座山,这个构造的逆电压 (VR) 容易变大,多用于整流二极管。耐压容易做大,但相反与平面型相比逆电流也变大。

二极管的种类及肖特基二极管的特点

台面型二极管示意图

三、按材料分类

按材料分,可以分为锗二极管和硅二极管。

(1)锗管的阀电压或死区电压比硅管小。一般锗管在0.2V左右,硅管在0.5V左右,因此在二极管导通期间硅管的管压降比锗管大

(2)锗管的反向电流要比硅管大几十甚至几百倍

(3)锗管受温度的影响比硅管大

(4)从PN结的允许工作温度来看,硅管可达150-200℃;而锗管只能在100℃左右的范围内使用。因此在同样的PN结面积条件下,硅管允许通过的电流比锗管大。所以大功率二极管都用硅制造。

四、肖特基二极管

二极管的种类及肖特基二极管的特点

肖特基二极管结构示意图

在SBD中,肖特基结由沉积金属和n型半导体形成。

对于肖特基二极管的分析就不能用载流子浓度的分析方法,因为肖特基二极管是金属和N型半导体的结合。我们要分析它只能用能级的概念进行分析(能级属于量子力学里面的内容,作者也不会,以下分析内容来源于东芝半导体的白皮书)。

金属在价带和导带之间有费米能级,而没有禁带(即禁带间隙),如图所示。因此,金属的价带有大量的空穴,导带有大量的电子

n型半导体有价带和导带之间的禁带,其中不存在电子态。费米能级位于禁带内。当n型半导体与具有比n型半导体低费米能级的金属连接时,就形成了肖特基结。肖特基结充当整流器。相反,当n型半导体与具有比n型半导体更高费米能级的金属连接时,就会形成欧姆结。欧姆结起电阻器的作用。

二极管的种类及肖特基二极管的特点

金属和n型半导体的能带图

当金属和n型半导体连接在一起时,一些电子从n型半导体扩散到金属中,使它们的费米能级恒定。与此同时,n型半导体的导带最低能级(EC)和价带最高能级(EV)发生变化,如下图所示。

二极管的种类及肖特基二极管的特点

无偏态下肖特基结带图

这时,能量的扩散在金属和n型半导体之间产生,导致在n型半导体一侧的正离子形成耗尽层。耗尽层很难膨胀到金属中,即使电子从n型半导体流入它,因为金属有大量的电子。当肖特基结无偏置时,没有电流流动,因为电子不能超过耗尽层的扩散能级,从而达到平衡。

当VB的正向偏置作用于肖特基结时,n型半导体的能级上升,增加了超过扩散能的电子数。这些电子进入金属,使电流流动。

二极管的种类及肖特基二极管的特点

正偏态肖特基结带图

当VR的反向偏置作用于肖特基结时,n型半导体的能级下降。因此,很少有电子能超过扩散能量,导致电流停止流动。

二极管的种类及肖特基二极管的特点

反向偏置状态下肖特基结带图

二极管的种类及肖特基二极管的特点

二极管的种类及肖特基二极管的特点

肖特基二极管的正偏和反偏示意图

由于肖特基势垒高度低于PN结势垒高度,故其正向导通门限电压和正向压降都比PN结二极管低(约低0.2V)。

由于SBD是一种多数载流子导电器件,不存在少数载流子寿命和反向恢复问题。SBD的反向恢复时间只是肖特基势垒电容的充、放电时间,完全不同于PN结二极管的反向恢复时间,SBD原则上不具有trr特性。但是包括结电容(端子间电容)和外部接线电感的LC谐振电路实现了类似的现象。但该值小于一般PN结型二极管的值,适合于高频应用。但是,由于SBD的反向势垒较薄,并且在其表面极易发生击穿,所以反向击穿电压比较低。由于SBD比PN结二极管更容易受热击穿,反向漏电流比PN结二极管大。

SBD的正向电压取决于金属材料。额定的VF范围是0.4~0.7V,且低于PN结型二极管的额定VF。但是反向电压的范围是20~150V,且SBD产品的反向电压均低于PN型二极管的反向电压。

二极管的种类及肖特基二极管的特点

肖特基二极管和普通二极管的伏安特性曲

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