肖特基二極管是德國(guó)科學(xué)家肖特基(Schottky)1938年發(fā)明的。肖特基二極管與普通的PN結(jié)二極管不同。是使用N型半導(dǎo)體材料與金屬在一起結(jié)合形成金屬一半導(dǎo)體結(jié)。肖特基二極管比普通二極管有正向壓降低、反向電荷恢復(fù)時(shí)間短(10ns以?xún)?nèi))等優(yōu)點(diǎn)。
應(yīng)用特點(diǎn):適合于高頻、大電流、低電壓整流電路以及微波電子混頻電路、檢波電路、高頻數(shù)字邏輯電路等。
肖特基二極管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)
肖特基(Schottky)二極管也稱(chēng)肖特基勢(shì)壘二極管(簡(jiǎn)稱(chēng)SBD),是由金屬與半導(dǎo)體接觸形成的勢(shì)壘層為基礎(chǔ)制成的二極管如圖 1所示,其主要特點(diǎn)是正向?qū)▔航敌。s0.45V),反向恢復(fù)時(shí)間短和開(kāi)關(guān)損耗小,是一種低功耗、超高速半導(dǎo)體器件。肖特基二極管在結(jié)構(gòu)原理上與PN結(jié)二極管有很大區(qū)別,它的內(nèi)部是由陽(yáng)極金屬(用鉬或鋁等材料制成的阻擋層)、二氧化硅(SiO2)電場(chǎng)消除材料、N-外延層(砷材料)、N型硅基片、N+陰極層及陰極金屬等構(gòu)成,如圖1所示。
在N型基片和陽(yáng)極金屬之間形成肖特基勢(shì)壘。當(dāng)在肖特基勢(shì)壘兩端加上正向偏壓(陽(yáng)極金屬接電源正極,N型基片接電源負(fù)極)時(shí),肖特基勢(shì)壘層變窄,其內(nèi)阻變??;反之,若在肖特基勢(shì)壘兩端加上反向偏壓時(shí),肖特基勢(shì)壘層則變寬,其內(nèi)阻變大。
肖特基二極管存在的問(wèn)題是耐壓比較低,反向漏電流比較大。目前應(yīng)用在功率變換電路中的肖特基二極管的大體水平是耐壓在150V以下,平均電流在100A以下,反向恢復(fù)時(shí)間在10~40ns。肖特基二極管應(yīng)用在高頻低壓電路中,是比較理想的。
肖特基二極管應(yīng)用
開(kāi)關(guān)電源當(dāng)中我們經(jīng)常會(huì)用到肖特基二極管,但是由于不同廠商等原因性能上就相差很大,我們選擇肖特基時(shí)必須要考慮以下幾點(diǎn)參數(shù):
1、導(dǎo)通壓降VF
VF為二極管正向?qū)〞r(shí)二極管兩端的壓降,當(dāng)通過(guò)二極管的電流越大,VF越大;當(dāng)二極管溫度越高時(shí),VF越小。
2、反向飽和漏電流IR
IR指在二極管兩端加入反向電壓時(shí),流過(guò)二極管的電流,肖特基二極管反向漏電流較大,選擇肖特基二極管是盡量選擇IR較小的二極管。
3、額定電流IF
指二極管長(zhǎng)期運(yùn)行時(shí),根據(jù)允許溫升折算出來(lái)的平均電流值。
肖特基二極管在數(shù)字電路中的應(yīng)用詳解
目前帶主控器的電子設(shè)計(jì)中,基本都會(huì)用到實(shí)時(shí)時(shí)鐘(RTC),RTC需要額外的鈕扣電池來(lái)供電,以免系統(tǒng)掉電后,時(shí)間信息丟失。同時(shí)系統(tǒng)啟動(dòng)后,為了延長(zhǎng)電池的使用時(shí)間,往往會(huì)讓主系統(tǒng)供電。因此,RTC往往需要雙電源供電,而二極管由于它的單向?qū)ㄐ?,可以起到電源隔離的作用。以小信號(hào)肖特基二極管BAT54C為例,其正向壓降最大只有0.24v(正向電流0.1ma時(shí)),RTC電流消耗也是ua級(jí)的,加入肖特基二極管隔離電源后,也是能完全滿(mǎn)足要求的。
2、肖特基二極管用作與門(mén)
如下圖,n個(gè)肖特基二極管組成n輸入的與門(mén),只要A1~An中有一個(gè)信號(hào)輸出邏輯0,則Output輸出邏輯0,只有A1~An中所有信號(hào)輸出邏輯1,Output才能輸出邏輯1。即實(shí)現(xiàn)了信號(hào)A1~An的相與。由于在數(shù)字電路中,芯片信號(hào)輸入級(jí)基本都是高阻的,因此,用肖特基二極管組成的與門(mén)電路總體電流都是ua級(jí)別的,肖特基二極管壓降都是極其小的,電平仍能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。
3、 肖特基二極管用作或門(mén)
如下圖,n個(gè)肖特基二極管組成n輸入的或門(mén),只要A1~An中有一個(gè)信號(hào)輸出邏輯1,則Output輸出邏輯1,只有A1~An中所有信號(hào)輸出邏輯0,Output才能輸出邏輯0。即實(shí)現(xiàn)了信號(hào)A1~An的相或。
4、簡(jiǎn)單應(yīng)用實(shí)例
在數(shù)字電路設(shè)計(jì)中,往往需要實(shí)現(xiàn)一些信號(hào)簡(jiǎn)單的相與、相或、反相。如果直接采用74系列等邏輯芯片,不僅布板面積大大增加,布線(xiàn)也不具靈活性。而采用小信號(hào)肖特基二極管組成與或門(mén)電路會(huì)更加的靈活好用。下圖為一個(gè)簡(jiǎn)單的二路復(fù)位電路,JTAG產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)需要復(fù)位主控器,而外部復(fù)位鍵也需要在按下時(shí)實(shí)現(xiàn)復(fù)位主控器。如果JTAG復(fù)位與按鍵復(fù)位直接線(xiàn)與輸出到主控器的復(fù)位腳,將可能對(duì)JTAG仿真器造成損害。例如,按下復(fù)位鍵時(shí),將直接把JTAG輸出復(fù)位腳位低。而通過(guò)肖特基二極管BAT54A組成相與電路,各個(gè)信號(hào)輸出不會(huì)相互影響。下圖只要JTAG輸出0邏輯或按鍵復(fù)位輸出0邏輯都能讓主控器實(shí)現(xiàn)復(fù)位。
如果要用作非門(mén),可采用三極管,當(dāng)然三極管在電子電路中應(yīng)用也是很廣泛,如在數(shù)字電路中可作為開(kāi)關(guān)器件,作為電流驅(qū)動(dòng),作為電平轉(zhuǎn)換等。