編輯-Z

開關(guān)電源由高頻磁芯、高頻電容、高背壓大功率晶體管、功率整流二極管和控制電路等主要元件組成。其中整流二極管是關(guān)鍵部件，由于其功耗最大，約占功耗的30%，因此要求整流二極管在高速度和大電流下具有正向壓降小、開關(guān)時(shí)間短的特點(diǎn)。那么ASEMI肖特基二極管和超快恢復(fù)二極管在開關(guān)電源中的對比哪個(gè)比較好呢？

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實(shí)際上，廣泛使用的整流二極管主要有兩種：一種是超快恢復(fù)二極管，另一種是肖特基勢壘二極管（SBD）。一般來說，肖特基二極管的性能要優(yōu)于超快恢復(fù)二極管。由于其低電壓大電流、低功耗、高速開關(guān)等優(yōu)良特性，在高頻整流、開關(guān)電路和保護(hù)電路中用作整流和續(xù)流元件，可大大降低功耗，提高電路效率和使用頻率，降低電路噪聲。因此，在低壓范圍內(nèi)，肖特基二極管取代了超快恢復(fù)二極管。然而，由于金屬屏障，SBD 無法承受更高的電壓。因此，在較大的電壓范圍內(nèi)，超快恢復(fù)二極管任是必不可少的。

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接下來，從反向恢復(fù)時(shí)間trr、反向電壓和正向電壓這三個(gè)方面對兩者進(jìn)行比較，如下所示。

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1、反向恢復(fù)時(shí)間trr對比

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PN結(jié)的正向特性或反向特性取決于結(jié)內(nèi)勢壘的高度，或者換句話說，取決于結(jié)內(nèi)的載流子分布。因?yàn)橐欢ǖ膭輭靖叨葘?yīng)一定的載流子分布。在正向偏壓下，勢壘高度很低，結(jié)內(nèi)載流子很多，大大超過平衡值；反向偏壓時(shí)，結(jié)內(nèi)載流子少，低于平衡值，因此PN結(jié)正偏。當(dāng)轉(zhuǎn)向反向偏壓時(shí)，一定有一個(gè)類似于電容放電的過程，稱為反向恢復(fù)過程。經(jīng)歷這個(gè)過程所需的時(shí)間就是反向恢復(fù)時(shí)間trr。顯然這與過剩少數(shù)族裔的壽命有關(guān)。超快恢復(fù)二極管的N區(qū)通常采用金摻雜，以減少少數(shù)載流子壽命并獲得更短的反向恢復(fù)時(shí)間。

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肖特基二極管SBD的正向電流主要是從半導(dǎo)體向金屬注入“熱”電子，少數(shù)空穴注入電流是可以忽略不計(jì)的部分。偏壓反轉(zhuǎn)后，注入金屬中的電子原則上也會(huì)返回到半導(dǎo)體中，但這仍然需要電子保持足夠的能量以超過勢壘。在正向偏壓下，在電子偏壓作用下注入金屬的電子的能量比金屬的費(fèi)米能級高一個(gè)勢壘高度，這部分能量因碰撞而在很短的時(shí)間內(nèi)消失在金屬中。

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因此，施加反向偏壓后，這些熱電子只能在這個(gè)數(shù)量級內(nèi)返回到半導(dǎo)體，所以肖特基二極管中實(shí)際上并不存在PN結(jié)的少數(shù)載流子存儲(chǔ)效應(yīng)，主要決定了反向恢復(fù)時(shí)間由外部決定，它由電路決定，而不是由與傳導(dǎo)機(jī)制相關(guān)的內(nèi)在電子過程決定。因此，肖特基二極管的反向恢復(fù)時(shí)間比PN結(jié)的要短得多。 肖特基二極管具有類似于PN結(jié)的差分電容效應(yīng)，對反向恢復(fù)時(shí)間有一定的影響。為了減小差分電容，要求肖特基二極管的有效面積盡可能的減小，相應(yīng)外延層的摻雜濃度低。

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2、反向電壓對比

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一般來說，金屬-半導(dǎo)體觸點(diǎn)通常用于形成肖特基勢壘。然而，由于金屬接觸半導(dǎo)體時(shí)在接觸界面處存在SiO2層，接觸電阻和表面態(tài)密度顯著增加，從而大大減少了器件性能。為了解決這個(gè)問題，一種新的工藝技術(shù)，金屬硅化物-硅接觸勢壘工藝，被用來形成非?？煽亢涂芍貜?fù)的肖特基勢壘。同時(shí)采用保護(hù)環(huán)結(jié)構(gòu)等新工藝技術(shù)，極大地改善了肖特基二極管的反向特性，呈現(xiàn)出理想的伏安特性。然而，由于金屬阻擋層，阻擋層相對較薄。因此，它不能承受更高的電壓。超快恢復(fù)二極管具有襯底電阻率高、外延層厚、結(jié)擴(kuò)散深等特點(diǎn)，耐壓能力可達(dá)幾千伏，這也是超快恢復(fù)二極管無法完全被替代的原因。

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3、正向壓降對比

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肖特基二極管的特殊結(jié)構(gòu)決定了其體電阻小，正向壓降遠(yuǎn)低于超快恢復(fù)二極管，因此功耗低。在生產(chǎn)實(shí)踐中，超快恢復(fù)二極管的VF和trr的提高存在矛盾。也就是說，當(dāng)VF盡可能低時(shí)，它的trr必然上升。同樣，如果 trr提高，VF也會(huì)上升。對功耗的降低是不利的，通常只能在兩者之間做出折衷，這也是超快恢復(fù)二極管的一個(gè)缺點(diǎn)。肖特基二極管SBD，因?yàn)榕c金半邊接觸，決定了它的trr本身很小。在正常情況下，改善 VF不會(huì)使trr變得更糟。因此，肖特基勢壘二極管有利于降低功耗。

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作為整流二極管，肖特基二極管相對于PN結(jié)超快恢復(fù)二極管具有以下優(yōu)點(diǎn)：

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1、肖特基二極管是由金屬與半導(dǎo)體接觸形成的勢壘制成的二極管。它不同于擴(kuò)散的PN結(jié)二極管。其正向壓降僅為PN結(jié)的一半，因此功耗可降低一半。

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2、肖特基二極管采用了多數(shù)載流子器件，沒有PN結(jié)二極管勢壘少數(shù)載流子注入和存儲(chǔ)的瞬態(tài)恢復(fù)特性，使得兩者在相同應(yīng)用條件下恢復(fù)特性明顯。不同的是，恢復(fù)時(shí)間大約是1:50。由于SBD的恢復(fù)時(shí)間要短得多，它的開關(guān)速度是PN結(jié)二極管的兩倍。二極管的恢復(fù)時(shí)間越短，其平均功率損耗就越小。

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綜上所述，在開關(guān)電源中，肖特基二極管比超快恢復(fù)二極管更理想，其功耗可以降低一半以上，進(jìn)一步提高了電源的效率。因此，肖特基二極管對于開關(guān)電源來說是必不可少的。廣泛應(yīng)用于穩(wěn)壓器、整流器、逆變器、UPS等，也可用作快速鉗位二極管。