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蕭特基二極體

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蕭特基二極體的符號
各種不同的蕭特基二極體,左側是小信號的蕭特基二極體,中間和右側則是中高功率的蕭特基二極體

蕭特基二極體(英語:Schottky diode),又譯肖特基二極體,是一種導通電壓降較低、允許高速切換的二極體,是利用蕭特基能障特性而產生的電子元件,其名稱是為了紀念德國物理學家華特·蕭特基(Walter H. Schottky)。

蕭特基二極體的導通電壓非常低。一般的二極體在電流流過時,會產生約 0.7-1.7 伏特的電壓降,不過蕭特基二極體的電壓降只有 0.15-0.45 伏特,因此可以提昇系統的效率。

結構

蕭特基二極體是利用金屬-半導體接面作為蕭特基勢壘,以產生整流的效果,和一般二極體中由半導體-半導體接面產生的P-N接面不同。蕭特基勢壘的特性使得蕭特基二極體的導通電壓降較低,而且可以提高切換的速度。

逆向恢復時間

蕭特基二極體和一般二極體最大的差異在於逆向恢復時間,也就是二極體由流過順向電流的導通狀態,切換到不導通狀態所需的時間。

一般二極體的逆向恢復時間大約是數百nS[註 1],若是高速二極體則會低於一百 nS,蕭特基二極體沒有逆向恢復時間,因此小信號的蕭特基二極體切換時間約為數十 pS[註 2],特殊的大容量蕭特基二極體切換時間也才數十 pS。由於一般二極體在逆向恢復時間內會因逆向電流而造成EMI雜訊。蕭特基二極體可以立即切換,沒有逆向恢復時間及反相電流的問題。

蕭特基二極體是一種使用多數載流子的半導體元件,若蕭特基二極體是使用N型半導體,其二極體的特性是由多數載流子(即電子)所產生。多數載流子快速地由半導體穿過接面,注入另一側金屬的傳導帶,由於此過程不涉及N 型、P 型載流子的結合(隨機反應而且需要時間較長),因此蕭特基二極體停止導通的速度會比傳統的二極體速度要快。這樣的特性使得元件需要的面積可以減少,又進一步的減少切換所需的時間。在切換式電源供應器中常會用到蕭特基二極體,因為蕭特基二極體允許高速切換,電路可以在200kHz到2MHz的頻率下操作,也就可以使用較小的電感器及電容器,同時可以提昇電源供應器的效率。小體積的蕭特基二極體最高可工作在50GHz的頻率,因此是 RF (無線電頻率)偵測器及 mixer(混頻器) 中的重要零件。

缺點

蕭特基二極體最大的缺點是其逆向偏壓較低及逆向漏電流偏大,像使用矽及金屬為材料的蕭特基二極體,其逆向偏壓額定耐壓最高只到 50V,而逆向漏電流值為正溫度特性,容易隨着溫度升高而急遽變大,實務設計上需注意其熱失控的隱憂。為了避免上述的問題,蕭特基二極體實際使用時的逆向偏壓都會比其額定值小很多。不過目前蕭特基二極體的技術也已有了進步,其逆向偏壓的額定值最大可以到200V。現行技術也可以製造出逆向偏壓更高的蕭特基二極體,但是其導通電壓也會升高到和普通二極體相同的水平,[1]因此除非是需要高切換速度的場合,這種二極體在應用中沒有優勢。

碳化矽蕭特基二極體

碳化矽蕭特基二極體是一種新型的蕭特基二極體,與傳統的矽質二極體相比,其逆向漏電流更低、逆向耐壓更高,但導通電壓也更高(25°C時的導通電壓為1.4-1.8 V)。但由於消除了逆向恢復電流,這種二極體可將電源適配器的效率提高0.5%-1%,同時降低電磁干擾,允許縮小EMI濾波器的體積。時至2011年,市面上可購買到逆向耐壓高達1700V的產品。[2]碳化矽蕭特基二極體具有優良的熱導率,溫度因素對二極體的切換特徵和溫度特徵只有很小的影響。特殊封裝的碳化矽蕭特基二極體可以在結溫達500 K (約200 °C)時依然正常工作,用於航空領域時,僅靠被動輻射即可實現被動散熱。[2]

註解

  1. ^ 納秒(nS, nano second)即十億分之一秒(10-9秒)
  2. ^ 皮秒(pS, pico second)即一兆分之一秒(10-12秒)

參考資料

  1. ^ Introduction to Schottky Rectifiers (PDF). MicroNotes. 401. [2018-06-06]. (原始內容 (PDF)存檔於2021-02-27). Schottky rectifiers seldom exceed 100 volts in their working peak reverse voltage since devices moderately above this rating level will result in forward voltages equal to or greater than equivalent pn junction rectifiers. 
  2. ^ 2.0 2.1 Schottky Diodes: the Old Ones Are Good, the New Ones Are Better. Power Electronics. [2018-06-06]. (原始內容存檔於2021-01-20).