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廣東明豐電源電器實業有限公司

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肖特基二極管和快恢復二極管有什么區別

2014-10-11 14:04:01點擊:

肖特基二極管利用了肖特基,來對金屬或半導體接觸面上的反向電壓來進行阻擋,從而讓電流進行單向的傳導。與傳統的二極管不同,肖特基與PN結的結構相比,存在很大的差異。快速恢復二極管,顧名思義是一種能夠快速恢復反向時間的半導體二極管,本文將從結構、性能特點等方面,對肖特基二極管和快恢復二極管的區別進行介紹。

  肖特基二極管

  它是具有肖特基特性的“金屬半導體結”的二極管。其正向起始電壓較低。其金屬層除鎢材料外,還可以采用金、鉬、鎳、鈦等材料。其半導體材料采用硅或砷化鎵。這種器件是由多數載流子導電的,所以,其反向飽和電流較以少數載流子導電的PN結大得多。由于肖特基二極管中少數載流子的存貯效應甚微,所以其頻率響僅為RC
時間常數限制,因而,它是高頻和快速開關的理想器件。其工作頻率可達100GHz。并且,MIS(金屬-絕緣體-半導體)肖特基二極管可以用來制作太陽能電池或發光二極管。

  結構原理

  綜上所述,肖特基整流管的結構原理與PN結整流管有很大的區別,通常將PN結整流管稱作結整流管,而把金屬-半導管整流管叫作肖特基整流管,近年來,采用硅平面工藝制造的鋁硅肖特基二極管也已問世,這不僅可節省貴金屬,大幅度降低成本,還改善了參數的一致性。

  肖特基整流管僅用一種載流子(電子)輸送電荷,在勢壘外側無過剩少數載流子的積累,因此,不存在電荷儲存問題(Qrr→0),使開關特性獲得時顯改善。其反向恢復時間已能縮短到10ns以內。但它的反向耐壓值較低,一般不超過去時100V。因此適宜在低壓、大電流情況下工作。利用其低壓降這特點,能提高低壓、大電流整流(或續流)電路的效率。

  快速恢復二極管

  快恢復二極管是指反向恢復時間很短的二極管(5us以下),工藝上多采用摻金措施,結構上有采用PN結型結構,有的采用改進的PIN結構。其正向壓降高于普通二極管(1-2V),反向耐壓多在1200V以下。從性能上可分為快恢復和超快恢復兩個等級。前者反向恢復時間為數百納秒或更長,后者則在100納秒以下。

  肖特基二極管是以金屬和半導體接觸形成的勢壘為基礎的二極管,簡稱肖特基二極管,具有正向壓降低(0.4—1.0V)、反向恢復時間很短(0-10納秒),而且反向漏電流較大,耐壓低,一般低于150V,多用于低電壓場合。

  肖特基二極管和快恢復二極管通常用于開關電源。其區別是:前者的恢復時間比后者小一百倍左右,前者的反向恢復時間大約為幾納秒。前者的優點還有低功耗、大電流、超高速。

  快恢復二極管在制造工藝上采用摻金,單純的擴散等工藝,可獲得較高的開關速度,同時也能得到較高的耐壓。目前快恢復二極管主要應用在逆變電源中做整流元件。

  反向恢復時間

  什么是反向恢復時間?當外加二極管的電壓瞬間從正向轉到反向時,流經器件的電流并不能相應地瞬間從正向電流轉換為反向電流。此時,正向注入的少數載流子(空穴)被空間電荷區的強電場抽取,由于這些空穴的密度高于基區平衡空穴密度,因而在反向偏置瞬間,將產生一個遠大于反向漏電流的反向電流,即反向恢復電流IRM。與此同時,符合過程的強化也在加速這些額外載流子密度的下降,直到基區中積累的額外載流子的完全消失,反向電流才下降并穩定到反向漏電流。整個過程所經歷的時間為反向恢復時間。

  反向恢復時間trr的定義是:電流通過零點由正向轉換到規定低值的時間間隔。它是衡量高頻續流及整流器件性能的重要技術指標。

  快恢復、超快恢復二極管的結構特點

  快恢復二極管的內部結構與普通二極管不同,它是在P 型、N 型硅材料中間增加了基區I,構成P-I-N硅片。由于基區很薄,反向恢復電荷很小,不僅大大減小了trr值,還降低了瞬態正向壓降,使管子能承受很高的反向工作電壓。快恢復二極管的反向恢復時間一般為幾百納秒,正向壓降約為0.6V,正向電流是幾安培至幾千安培,反向峰值電壓可達幾百到幾千伏。超快恢復二極管的反向恢復電荷進一步減小,使其trr可低至幾十納秒。

  20A以下的快恢復及超快恢復二極管大多采用TO-220封裝形式。從內部結構看,可分成單管、對管(亦稱雙管)兩種。對管內部包含兩只快恢復二極管,根據兩只二極管接法的不同,又有共陰對管、共陽對管之分。幾十安的快恢復二極管一般采用TO-3P金屬殼封裝。更大容量(幾百安~幾千安)的管子則采用螺栓型或平板型封裝形式。

  檢測方法

  常規檢測方法

  在業余條件下,利用萬用表能檢測快恢復、超快恢復二極管的單向導電性,以及內部有無開路、短路故障,并能測出正向導通壓降。若配以兆歐表,還能測量反向擊穿電壓。

  實例:測量一只超快恢復二極管,其主要參數為:trr=35ns、IF=5A、IFSM=50A、VRM=700V。將萬用表撥至R×1檔,讀出正向電阻為6.4L,n=19.5L格。反向電阻則為無窮大。進一步求得VF=0.03V/×19.5=0.585V。證明管子是好的。

  注意事項:

  有些單管,共三個引腳,中間的為空腳,一般在出廠時剪掉,但也有不剪的;
  若對管中有一只管子損壞,則可作為單管使用;
  測正向導通壓降時,必須使用R×1檔。若用R×1k檔,因測試電流太小,遠低于管子的正常工作電流,故測出的VF
值將明顯偏低。在上面例子中,如果選擇R×1k檔測量,正向電阻就等于2.2k,此時n=9格。由此計算出的VF值僅0.27V,遠低于正常值(0.6V);
  快恢復二極管的恢復時間是200-500ns;
  超快速二極管的恢復時間是30-100ns;
  肖特基二極管的恢復時間是10ns 左右;
  而且他們的正向導通電壓也有所不同,肖特基<快恢復<高效率。

  本篇文章從結構、性能特點等角度,對肖特基二極管和快速恢復二極管的區別進行了介紹。并且在最后給出了關于快速恢復二極管的一些檢測方法,希望能幫助新手們加深對這兩種二極管的理解。


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