肖特基二极管应用特点和工作原理介绍

众所周知，二极管是主要在一个方向上导电的两端电子元件，理想二极管在一个方向上电阻为零，在相反方向上电阻无穷大。二极管的种类很多，包括发光二极管、齐纳二极管、光电二极管、肖特基二极管、雪崩二极管、PN结二极管等等。在本文中，小编将简单介绍下肖特基二极管。

肖特基二极管的概念

肖特基二极管是一种金属半导体结二极管，也被称为热载流子二极管、低压二极管或肖特基势垒二极管。肖特基二极管由半导体与金属的结形成，提供快速开关动作并具有低正向压降。正如前面介绍过，在PN结二极管中，p型和n型连接在一起形成PN结。而在肖特基二极管中，使用铂或铝等金属代替P型半导体。 

在普通二极管中，电压降在0.6到1.7伏之间，而在肖特基二极管中，电压降通常在0.15到0.45伏之间。这种较低的电压降提供了更高的开关速度和更好的系统效率。

肖特基二极管符号

在肖特基二极管中，半导体和金属之间形成了一个半导体金属结，从而形成了肖特基势垒。N型半导体作为阴极，金属侧作为二极管的阳极，其符号如下：

肖特基二极管结构

这是一个单边的连接，在一端形成金属-半导体结，在另一端形成另一个金属-半导体接触。它是一种理想的欧姆双向接触，金属和半导体之间不存在电势，并且不整流。开路肖特基势垒二极管的内建电位是肖特基二极管的特征。

肖特基二极管是温度下降的函数，它降低并增加了 N 型半导体中的温度掺杂浓度。出于制造目的，使用钼、铂、铬、钨铝、金等肖特基势垒二极管的金属，并且使用的半导体是N型。

肖特基二极管VI特性

肖特基二极管的VI 特性与PN结二极管非常相似。电流是因变量，而电压是肖特基二极管中的自变量。肖特基二极管的正向压降在0.2至0.3伏之间。

• 与普通PN结二极管相比，肖特基势垒二极管的正向压降非常低。
• 正向压降范围为0.3伏至0.5伏。
• 肖特基势垒的正向压降由硅构成。
• 正向压降增加的同时增加了N型半导体的掺杂浓度。
• 由于载流子的高浓度，肖特基势垒二极管的VI特性与普通PN结二极管的VI特性相比非常陡峭。

肖特基二极管的工作原理

肖特基势垒二极管的电流条件是通过多数载流子，这是N型半导体中的电子。肖特基势垒二极管中的公式为：

I T =I扩散+I隧道效应+I热离子发射

其中I扩散是由于浓度梯度和扩散电流密度引起的扩散电流

• J n = D n * q * dn/dx 对于电子，其中D n是电子的扩散常数，q 是电子电荷 =1.6*10 19库仑，dn/dx 是电子的浓度梯度。
• I隧道效应是由于量子力学隧穿穿过势垒而产生的隧穿电流。隧穿的概率随着势垒或内建电位的减小和耗尽层宽度的减小而增加。该电流与隧穿的概率成正比。
• I热离子发射是由于热电子发射电流而产生的电流。由于热搅动，一些载流子对金属-半导体界面和电流具有等于或大于导带能量的能量。这称为热离子发射电流。

由于直接流过肖特基势垒二极管的电流是通过多数电荷载流子。因此，它适用于高速开关应用，因为正向电压非常低，反向恢复时间非常短。其主要的工作原理可以概括为：

1. 依赖于不同材料中的电子具有不同势能的原理。
2. N型半导体比金属的电子具有更高的势能。
3. 当这两者接触时，电子在金属-半导体界面的两个方向上流动。
4. 向肖特基施加电压，使金属与半导体相比为正。
5. 电压与内置电位相反，使电流容易流动。

肖特基二极管的主要应用

肖特基二极管对电子行业非常有用，由于其独特的特性，它在二极管整流器中发现了许多应用。以下是它被广泛使用的一些主要领域。

• 射频混频器和检波二极管：肖特基二极管由其射频功能组成，因为它具有最高水平的开关速度和最高频率能力。肖特基势垒二极管适用于高性能二极管环形混频器。
• 电源整流器：肖特基势垒二极管还具有大功率整流器的功能。低正向电流和电压降的高密度表明功率损耗比普通的PN结二极管要少。
• 电源或电路：该二极管对于两个不同的电源驱动负载的功能（如电池电源）很有用。重要的是，来自电源的电源不应与其他电源混合。
• 太阳能电池应用：太阳能电池通常与可充电电池相连，主要是铅酸电池，因为必须全天候供电。太阳能电池不支持反向施加的电荷，因此，二极管将用于太阳能电池的比例模式。

肖特基二极管的主要特点

肖特基二极管的特点主要有以下几点：

• 更高的效率
• 低正向压降
• 低电容
• 薄型表面贴装封装，超小型
• 用于应力保护的集成保护环

肖特基二极管的主要优点

• 低导通电压：二极管的导通电压在0.2到0.3伏之间。对于硅二极管，它是标准硅二极管的0.6到0.7伏。
• 快速恢复时间：快速恢复时间意味着可用于高速开关应用的少量存储电荷。
• 低结电容： 通过硅的线点接触获得的结果，它占用的面积非常小。由于电容水平非常小。
• 二极管的电流密度很高，因为耗尽区可以忽略不计。

肖特基二极管的主要缺点

肖特基二极管唯一的缺点是二极管的反向饱和电流大。

肖特基二极管和PN结二极管主要区别

总结

简单来说，肖特基二极管就是一种半导体二极管，开关动作非常快，但正向压降低。当电流流过二极管时，二极管端子上有一个小的电压降，这种较低的电压降提供了更高的开关速度和更好的系统效率。在肖特基二极管中，半导体和金属之间形成了一个半导体-金属结，从而形成了肖特基势垒。N型半导体作为阴极，金属侧作为二极管的阳极。