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肖特基二极管和快恢复二极管有什么区别

发布时间:2019-08-23 | 文章来源:MDD辰达行电子

  肖特基二极管的基本原理是:在金属(例如铅)和半导体(N型硅片)的接触面上,用已形成的肖特基来阻挡反向电压。肖特基与PN结的整流作用原理有根本性的差异。其耐压程度只有40V左右。其特长是:开关速度非常快:反向恢复时间特别地短。因此,能制作开关二极管和低压大电流整流二极管。


  肖特基二极管它是具有肖特基特性的“金属半导体结”的二极管。其正向起始电压较低。其金属层除钨材料外,还可以采用金、钼、镍、钛等材料。其半导体材料采用硅或砷化镓,多为型半导体。这种器件是由多数载流子导电的,所以,其反向饱和电流较以少数载流子导电的PN结大得多。由于肖特基二极管中少数载流子的存贮效应甚微,所以其频率响仅为RC时间常数限制,因而,它是高频和快速开关的理想器件。其工作频率可达100GHz。并且,MIS(金属-绝缘体-半导体)肖特基二极管可以用来制作太阳能电池或发光二极管。


  肖特基二极管利用金属与半导体接触所形成的势垒对电流进行控制。它的主要特点是具有较低的正向压降(0.3V至0.6V);另外它是多子参与导电,这就比少子器件有更快的反应速度。肖特基二极管常用在门电路中作为三极管集电极的箝位二极管,以防止三极管因进入饱和状态而降低开关速度。


  肖特基势垒二极管反向恢复时间极短(可以小到几纳秒),正向导通压降仅0.4V左右,而整流电流却可达到几千安培。这些优良特性是快恢复二极管所无法比拟的。肖特基整流管的结构原理与PN结整流管有很大的区别,通常将PN结整流管称作结整流管,而把金属-半导管整流管叫作肖特基整流管,近年来,采用硅平面工艺制造的铝硅肖特基二极管也已问世,这不仅可节省贵金属,大幅度降低成本,还改善了参数的一致性,肖特基整流管仅用一种载流子(电子)输送电荷,在势垒外侧无过剩少数载流子的积累,因此,不存在电荷储存问题(Qrr→0),使开关特性获得时显改善。其反向恢复时间已能缩短到10ns以内。但它的反向耐压值较低,一般不超过去时100V。因此适宜在低压、大电流情况下工作。利用其低压降这特点,能提高低压、大电流整流(或续流)电路的效率。


  快恢复二极管是指反向恢复时间很短的二极管(5us以下),工艺上多采用掺金措施,结构上有采用PN结型结构,有的采用改进的PIN结构。其正向压降高于普通二极管(1-2V),反向耐压多在1200V以下。


  从性能上可分为快恢复和超快恢复两个等级。前者反向恢复时间为数百纳秒或更长,后者则在100纳秒以下,快恢复二极管在制造工艺上采用掺金,单纯的扩散等工艺,可获得较高的开关速度,同时也能得到较高的耐压。目前快恢复二极管主要应用在逆变电源中做整流元件。 快恢复二极管具有开关特性好,反向恢复时间短、正向电流大、体积小、安装简便等优点。 超快恢复二极管SRD则是在快恢复二极管基础上发展而成的,其反向恢复时间trr值已接近于肖特基二极管的指标。它们可广泛用于开关电源、脉宽调制器(PWM)、不间断电源(UPS)、交流电动机变频调速(VVVF)、高频加热等装置中,作高频、大电流的续流二极管或整流管,是极有发展前途的电力、电子半导体器件。


  反向恢复时间,什么是反向恢复时间?当外加二极管的电压瞬间从正向转到反向时,流经器件的电流并不能相应地瞬间从正向电流转换为反向电流。此时,正向注入的少数载流子(空穴)被空间电荷区的强电场抽取,由于这些空穴的密度高于基区平衡空穴密度,因而在反向偏置瞬间将产生一个远大于反向漏电流的反向电流,即反向恢复电流IRM.与此同时,符合过程的强化也在加速这些额外载流子密度的下降,直到基区中积累的额外载流子的完全消失,反向电流才下降并稳定到反向漏电流。整个过程所经历的时间为反向恢复时间。 反向恢复时间trr的定义是:电流通过零点由正向转换到规定低值的时间间隔。它是衡量高频续流及整流器件性能的重要技术指标。反向恢复电流IF为正向电流,IRM为最大反向恢复电流。 Irr为反向恢复电流,通常规定Irr=0.1IRM。当t≤t0时,正向电流I=IF。当t》t0时,由于整流器件上的正向电压突然变成反向电压,因此正向电流迅速降低,在t=t1时刻,I=0。然后整流器件上流过反向电流IR,并且IR逐渐增大;在t=t2时刻达到最大反向恢复电流IRM值。此后受正向电压的作用,反向电流逐渐减小,并在t=t3时刻达到规定值Irr。从t2到t3的反向恢复过程与电容器放电过程有相似之处。


  快恢复、超快恢复二极管的结构特点 快恢复二极管的内部结构与普通二极管不同,它是在P型、N型硅材料中间增加了基区I,构成P-I-N硅片。由于基区很薄,反向恢复电荷很小,不仅大大减小了trr值,还降低了瞬态正向压降,使管子能承受很高的反向工作电压。快恢复二极管的反向恢复时间一般为几百纳秒,正向压降约为0.6V,正向电流是几安培至几千安培,反向峰值电压可达几百到几千伏。超快恢复二极管的反向恢复电荷进一步减小,使其trr可低至几十纳秒。 20A以下的快恢复及超快恢复二极管大多采用TO-220封装形式。测量反向恢复时间,由直流电流源供规定的IF,脉冲发生器经过隔直电容器C加脉冲信号,利用电子示波器观察到的trr值,即是从I=0的时刻到IR=Irr时刻所经历的时间。 设器件内部的反向恢电荷为Qrr,有关trr≈2Qrr/IRM可知,当IRM为一定时,反向恢复电荷愈小,反向恢复时间就愈短。


  常规检测方法在业余条件下,利用万用表能检测快恢复、超快恢复二极管的单向导电性,以及内部有无开路、短路故障,并能测出正向导通压降。若配以兆欧表,还能测量反向击穿电压。实例:测量一只超快恢复二极管,其主要参数为:trr=35ns,IF=5A,IFSM=50A,VRM=700V。将万用表拨至R×1档,读出正向电阻为6.4?,n′=19.5格;反向电阻则为无穷大。 进一步求得VF=0.03V/格×19.5=0.585V。证明管子是好的。