我們在肖特基二極管設計過程中，肖特基二極管與普通二極管有什么區(qū)別，有哪些參數(shù)與特點我們需要留意。本文分享那些電感容易忽略關(guān)鍵參數(shù)。

01

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(jié)制造而成。

肖特基二極管結(jié)構(gòu)：

肖特基二極管的結(jié)構(gòu)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為M-S結(jié)（金屬-半導體結(jié)）。

結(jié)構(gòu)上與普通二極管的區(qū)別

這種金屬可以是貴金屬中的任何一種（如鉑、鎢、金等），具體取決于廠商的絕密配方。

結(jié)的金屬側(cè)形成了陽極，半導體側(cè)成為陰極。正向偏壓時，肖特基二極管的最大正向壓降在 0.2 至 0.5 伏特范圍內(nèi)，具體取決于正向電流和二極管類型。當肖特基二極管與電源串聯(lián)使用時，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(qū)別

圖 3：肖特基二極管的物理結(jié)構(gòu)基于金屬- N 型半導體結(jié)，因而具有很低的正向壓降和極快的開關(guān)速度。

02

特性與參數(shù)

舉例：onsemiNSR0340HT1G

• 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(shù)據(jù)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(qū)較窄，無法承受高反向電壓；一段肖特基二極管反向電壓范圍在50V以內(nèi)，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器件的最大允許時間平均電流量。

以onsemi NSR0340HT1G舉例，數(shù)據(jù)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。 與類似規(guī)格的普通二極管相比，一般來說，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

二極管不是無損器件;當正向偏置方向攜帶電流時，會出現(xiàn)一些壓降，這被稱為器件的正向電壓。正向壓降會隨著正向電流調(diào)整。正向電流越大，正向電壓也越大。

以onsemi NSR0340HT1G舉例，數(shù)據(jù)手冊中的正向電壓：

• 當正向電流10mA的時候，正向電壓典型值320mV

• 當正向電流100mA的時候，正向電壓典型值415mV

• 當正向電流200mA的時候，正向電壓典型值470mV

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(jié)而不是不同摻雜的半導體區(qū)域的結(jié)來構(gòu)造的，通常具有較低的正向電壓特性。

在正向偏壓時，肖特基二極管只需0.3-0.4 伏即可開始導通，而普通二極管則需要0.6-0.7伏。這在必須節(jié)能的應用中非常有益，如電池驅(qū)動和太陽能電池應用。

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電壓的影響。

• 漏電流

在一定的反向偏置下流過二極管的電流不足以引起反向擊穿，稱為漏電流。漏電流不是一直不變的。一般情況下，漏電流通常會隨著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，以及隨之而來的漏電流較高、電氣穩(wěn)定性和長期可靠性較低。

以onsemiNSR0340HT1G舉例，數(shù)據(jù)手冊中的漏電流：

• 當反向電壓等于10V時，漏電流的典型值為0.2uA

• 當反向電壓等于25V時，漏電流的典型值為0.4uA

• 當反向電壓等于40V時，漏電流的典型值為1.3uA

下面這張圖，我們可以清楚的看到漏電流隨著反向電壓以及溫度的變化而變化。

我們可能會發(fā)現(xiàn)，當反向電壓很高，溫度很高的時候，漏電流幾乎以指數(shù)的方式往上升。這個時候，之前可以忽略不計的漏電流無法忽視了。稍不注意，就可能導致熱失控的情況，從而導致器件升溫，引起進一步的漏電流，然后惡性循環(huán)直至器件損壞。

作為一個粗略的經(jīng)驗法則，當溫度每升高10°C，漏電流就會增加一倍。如果為25°C的器件溫度提供漏電流特性(這是常見的)，當器件溫度接近其額定最大溫度時，應該準備好觀測值大約高出1000倍。

• 結(jié)電容

當反向偏壓時，二極管兩端的區(qū)域就像電容的電極一樣。由于結(jié)的厚度在物理上相當小，因此產(chǎn)生的電容量可以是顯著的，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(jié)電容也依賴于電壓。

這種現(xiàn)象通常被利用來制造可變電容，并經(jīng)常用于RF應用，但在其他用例中，它只是另一個隱藏的寄生元件，很容易被忽視，直到它引起問題。

以onsemi NSR0340HT1G舉例，數(shù)據(jù)手冊中的結(jié)電容：

在反向電壓為10V，頻率為1MHz的時候，結(jié)電容典型值為6pF

肖特基二極管的窄耗盡區(qū)，可形成低電容二極管。這意味著，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。

• 恢復時間

二極管表現(xiàn)出一個實質(zhì)性的反向恢復現(xiàn)象，其中從正向偏壓過渡到反向偏壓狀態(tài)的過程涉及一個短暫的電流通過器件的反向方向，在顯著高于穩(wěn)態(tài)漏電流的水平。

受影響的器件通常根據(jù)該恢復周期的時間持續(xù)時間進行分類或描述，例如“快速恢復”或“超快速恢復”，并進一步根據(jù)恢復過程中通過器件的電流波形的特征形狀進行分類或描述，例如“軟恢復”。

以onsemiNSR0340HT1G舉例，數(shù)據(jù)手冊中的恢復時間：

肖特基二極管常用于高效率電源和直流-直流電壓轉(zhuǎn)換器電路內(nèi)，得益于其效率高且恢復時間短。

03

肖特基二極管電源上的應用肖特基二極管的另外一個重要特性是非常快的開關(guān)速度。從打開狀態(tài)切換為關(guān)閉狀態(tài)時，標準二極管需要花費一定時間來消除耗盡層的電荷，與之不同的是，肖特基二極管的金屬-半導體結(jié)沒有相關(guān)的耗盡層。

與硅結(jié)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。它可應用于開關(guān)模式電源的多個領(lǐng)域（圖 4）。

肖特基二極管在開關(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(wěn)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）另一個更重要的功能是，在開關(guān)關(guān)閉時提供返回路徑，讓電流流過電感器 L₁。D2 必須是使用較短的低電感連線連接的快速二極管，才能實現(xiàn)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關(guān)。

總結(jié)

肖特基二極管的優(yōu)缺點都非常明顯。肖特基二極管有著低正向電壓, 高速開關(guān), 低噪聲, 低功耗的優(yōu)勢，我們常常可以在電壓箝位，開關(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也很顯著，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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小編的話

作為一種低功耗、超高速半導體器件，肖特基二極管廣泛應用于開關(guān)電源、變頻器、驅(qū)動器等電路。正如文章所言，雖然我們在相關(guān)系統(tǒng)電路設計中常常會用到肖特基二極管，但對一些關(guān)鍵參數(shù)和特性可能還沒有給予足夠的重視。您對文章中例舉的這些關(guān)鍵參數(shù)有哪些理解？您對肖特基二極管的應用有哪些經(jīng)驗和疑問？歡迎留言，分享交流！

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