本應(yīng)用筆記將真正的肖特基二極管作為最低正向壓降的最佳選擇。本文檔描述了低、中和高電壓電平應(yīng)用，以及具有理想動態(tài)行為的二極管、快速反向恢復(fù) PN 二極管、真正的肖特基二極管和特定應(yīng)用的勢壘高度調(diào)整。

根據(jù)熱電子發(fā)射模型，純肖特基勢壘呈現(xiàn)正向壓降，隨著勢壘高度的減小呈線性下降；而反向電流隨著勢壘高度的降低呈指數(shù)增長。因此，存在一個最佳勢壘高度，它可以最小化特定應(yīng)用的正向和反向功耗總和。然而，與肖特基二極管用戶的討論表明，他們并不尋求正向和反向功耗的最小值，而總是尋求正向壓降的最小值。很少要求反向電流值。必須了解肖特基二極管是如何應(yīng)用的，才能客觀地選擇最合適的器件。

低電壓應(yīng)用

在電路電壓低的大功率應(yīng)用中，并使用阻斷電壓低于 25V 的肖特基二極管，二極管的正向功率損耗在功率損耗的平衡中仍然占主導(dǎo)地位。主要應(yīng)用是開關(guān)模式電源 (SMPS)。此處有人認(rèn)為，正向壓降降低 4 mV 會導(dǎo)致正向功率損耗降低約 1%。因此，為此應(yīng)用創(chuàng)建的組件具有低勢壘高度（小于 0.74 eV）和高度摻雜的薄外延漂移層。這導(dǎo)致器件具有低正向壓降和高但仍可接受的反向電流。

中高壓級應(yīng)用

另一方面，使用中壓或高壓肖特基類型（VRRM 范圍為 45 V 至 150 V）的高功率應(yīng)用中的反向功率損耗與正向功率損耗相當(dāng)，甚至可能更高。盡管如此，大多數(shù)用戶并不要求低反向電流，而只是要求低正向壓降。

具有理想動態(tài)行為的二極管

除了正向和反向器功率損耗外，顯然還有第三種品質(zhì)，但難以量化。然而，正如經(jīng)驗(yàn)所示，它對正向壓降有影響。

我想這種品質(zhì)是由真實(shí)肖特基二極管的動態(tài)特性和開關(guān)損耗表現(xiàn)出來的。由于它們在具有昂貴測試設(shè)備的范圍內(nèi)出現(xiàn)的時間較短，此外，它們的依賴性的細(xì)微差異無法明顯。

快速反向恢復(fù) PN 二極管

與理想二極管相比，具有少數(shù)載流子電流分量的 pn 二極管在正向電流降至零后仍“記住”它們之前的導(dǎo)通狀態(tài)。這是由于注入的少數(shù)載流子（n 區(qū)中的空穴）會隨著調(diào)整后的少數(shù)載流子壽命 t 呈指數(shù)衰減或被反向電流掃除。pn 二極管會在電流過零后延遲一段時間恢復(fù)其反向阻斷能力。少數(shù)載流子壽命可以通過將壽命抑制物（金或鉑）擴(kuò)散到 n 區(qū)或?qū)⒍O管芯片暴露在輻射中來減少。

真正的肖特基二極管

真正的肖特基二極管也通過其勢壘注入少數(shù)載流子，盡管它小了幾個數(shù)量級。這種現(xiàn)象稱為外延層調(diào)制。注入隨著勢壘高度、電壓類型、正向電流密度和結(jié)溫的增加而增加。

由于上述技術(shù)測量困難，我們模擬了真實(shí)肖特基二極管的關(guān)斷行為。在下面的圖 1 中，繪制了類型電壓為 100 V、有效面積為 0.323 cm2 的肖特基二極管的電流和電壓波形隨時間變化的曲線。預(yù)設(shè)工作條件為 50 A 正向電流、300 A/μs 換向期間、25 V 反向偏置電壓和 25°C 結(jié)溫?？紤]了勢壘高度為 0.74、0.8 和 0.86 eV 的三種不同材料。關(guān)斷能量分別為 0.86、1.0 和 2.3 μW。仿真模型清楚地表明，n 摻雜外延層中來自導(dǎo)電相的剩余少數(shù)載流子決定了 LC 電路微分方程通解的初始條件，它由一個關(guān)斷電感線圈、結(jié)電容和 25 V 的強(qiáng)制反向電壓偏置組成。

由于真正的肖特基二極管在換向后阻止反向電壓的延遲能力——隨著勢壘高度的增加而增長——，諧振電路對過大的反向電流（即大于換向關(guān)斷斜率乘以 LC 的平方根）、過大的反向電壓（即超過驅(qū)動反向電壓的兩倍）和陡峭的啟動、過大的 dv/dt（即大于驅(qū)動反向電壓除以 LC 的平方根）。隨著勢壘高度的增加，動態(tài)參數(shù)和開關(guān)損耗的過剩變得更加明顯。

由于實(shí)際肖特基二極管在換向后阻止反向電壓的延遲能力——隨著勢壘高度的增加而增長——，諧振電路對過大的反向電流作出反應(yīng)（即大于換向關(guān)斷斜率乘以 LC 的平方根）、過大的反向電壓（即大于驅(qū)動反向電壓的兩倍）和陡峭的啟動、過大的 dv/dt（即大于驅(qū)動反向電壓除以 LC 的平方根）。

隨著勢壘高度的增加，動態(tài)參數(shù)和開關(guān)損耗的過剩變得更加明顯。由于實(shí)際肖特基二極管在換向后阻止反向電壓的延遲能力——隨著勢壘高度的增加而增長——，諧振電路對過大的反向電流作出反應(yīng)（即大于換向關(guān)斷斜率乘以 LC 的平方根）、過大的反向電壓（即大于驅(qū)動反向電壓的兩倍）和陡峭的啟動、過大的 dv/dt（即大于驅(qū)動反向電壓除以 LC 的平方根）。隨著勢壘高度的增加，動態(tài)參數(shù)和開關(guān)損耗的過剩變得更加明顯。

過大的反向電壓（即大于驅(qū)動反向電壓的兩倍）和陡峭的啟動，過大的 dv/dt（即大于驅(qū)動反向電壓除以 LC 的平方根）。隨著勢壘高度的增加，動態(tài)參數(shù)和開關(guān)損耗的過剩變得更加明顯。過大的反向電壓（即大于驅(qū)動反向電壓的兩倍）和陡峭的啟動，過大的 dv/dt（即大于驅(qū)動反向電壓除以 LC 的平方根）。隨著勢壘高度的增加，動態(tài)參數(shù)和開關(guān)損耗的過剩變得更加明顯。

另一方面，為了增加勢壘高度和類型電壓，外延層中增加的調(diào)制降低了外延漂移層的電阻率和正向壓降。如圖 2 所示，這種降低可能比實(shí)際勢壘上電壓降的增加更為明顯。我們在 232 A/cm2 和室溫下的 100 V 示例的數(shù)字是： 1. 對于最高勢壘 0.86 eV，具有最低正向壓降 0.78 V 的二極管具有最差的動態(tài)值，并且；2. 最低勢壘 0.74 eV 的最高 0.8 V 正向壓降具有最佳動態(tài)值。因此，具有最低正向壓降的 80 V 以上類型電壓的真正肖特基二極管并不是最快的。

屏障光的特定應(yīng)用調(diào)整

我認(rèn)為，對于電路設(shè)計者來說，動態(tài)行為的偏差和具有結(jié)電容的理想二極管的相應(yīng)開關(guān)損耗比非常高的反向電流更不利。事實(shí)上，勢壘高度為 0.74 eV 的二極管的反向電流比勢壘高度為 0.86 eV 的二極管的反向電流高約 25 倍。超過一定限度，呈指數(shù)增長的反向電流（典型的低勢壘高度）變得不可接受。但是，這取決于相應(yīng)的應(yīng)用程序。

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