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穩(wěn)壓二極管,英文名稱Zener diode,又叫齊納二極管。此二極管是一種直到臨界反向擊穿電壓前都具有很高電阻的半導(dǎo)體器件.在這臨界擊穿點(diǎn)上,反向電阻降低到一個(gè)很小的數(shù)值,在這個(gè)低阻區(qū)中電流增加而電壓則保持恒定,穩(wěn)壓二極管是根據(jù)擊穿電壓來(lái)分檔的,因?yàn)檫@種特性,穩(wěn)壓管主要被作為穩(wěn)壓器或電壓基準(zhǔn)元件使用.其伏安特性見(jiàn)圖1,穩(wěn)壓二極管可以串聯(lián)起來(lái)以便在較高的電壓上使用,通過(guò)串聯(lián)就可獲得更多的穩(wěn)定電壓。
穩(wěn)壓二極管工作原理一種用于穩(wěn)定電壓的單結(jié)二極管。它的伏安特性,穩(wěn)壓二極管符號(hào)如圖1所示。結(jié)構(gòu)同整流二極管。加在穩(wěn)壓二極管的反向電壓增加到一定數(shù)值時(shí),將可能有大量載流子隧穿偽結(jié)的位壘,形成大的反向電流,此時(shí)電壓基本不變,稱為隧道擊穿。當(dāng)反向電壓比較高時(shí),在位壘區(qū)內(nèi)將可能產(chǎn)生大量載流子,受強(qiáng)電場(chǎng)作用形成大的反向電流,而電壓亦基本不變,為雪崩擊穿。因此,反向電壓臨近擊穿電壓時(shí),反向電流迅速增加,而反向電壓幾乎不變。這個(gè)近似不變的電壓稱為齊納電壓(隧道擊穿)或雪崩電壓(雪崩擊穿) 。
穩(wěn)壓二極管的主要參數(shù) 1.Vz— 穩(wěn)定電壓。 指穩(wěn)壓管通過(guò)額定電流時(shí)兩端產(chǎn)生的穩(wěn)定電壓值。該值隨工作電流和溫度的不同而略有改變。由于制造工藝的差別,同一型號(hào)穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值也不完全一致。例如,2CW51型穩(wěn)壓管的Vzmin為3.0V, Vzmax則為3.6V。 2.Iz— 穩(wěn)定電流。 指穩(wěn)壓管產(chǎn)生穩(wěn)定電壓時(shí)通過(guò)該管的電流值。低于此值時(shí),穩(wěn)壓管雖并非不能穩(wěn)壓,但穩(wěn)壓效果會(huì)變差;高于此值時(shí),只要不超過(guò)額定功率損耗,也是允許的,而且穩(wěn)壓性能會(huì)好一些,但要多消耗電能。 3.Rz— 動(dòng)態(tài)電阻。 指穩(wěn)壓管兩端電壓變化與電流變化的比值。該比值隨工作電流的不同而改變,一般勝作電流愈大,動(dòng)態(tài)電阻則愈小。例如,2CW7C穩(wěn)壓管的工作電流為5mA時(shí),Rz為18Ω;工作電流為1OmA時(shí),Rz為8Ω;為20mA時(shí),Rz為2Ω > 20mA則基本維持此數(shù)值。 4.Pz— 額定功耗。 由芯片允許溫升決定,其數(shù)值為穩(wěn)定電壓Vz和允許最大電流Izm的乘積。例如2CW51穩(wěn)壓管的Vz為3V,Izm為20mA,則該管的Pz為60mWo 5.Ctv— 電壓溫度系數(shù)。 是說(shuō)明穩(wěn)定電壓值受溫度影響的參數(shù)。例如2CW58穩(wěn)壓管的Ctv是+0.07%/°C,即溫度每升高1°C,其穩(wěn)壓值將升高0.07%。 6.IR— 反向漏電流。 指穩(wěn)壓二極管在規(guī)定的反向電壓下產(chǎn)生的漏電流。例如2CW58穩(wěn)壓管的VR=1V時(shí),IR=O.1uA;在VR=6V時(shí),IR=10uA。 (三)選擇二極管的基本原則 1.要求導(dǎo)通電壓低時(shí)選鍺管;要求反向電流小時(shí)選硅管。 2.要求導(dǎo)通電流大時(shí)選面結(jié)合型;要求工作頻率高時(shí)選點(diǎn)接觸型。 3.要求反向擊穿電壓高時(shí)選硅管。 4.要求耐高溫時(shí)選硅管。
肖特基二極管是以其發(fā)明人肖特基博士(Schottky)命名的,SBD是肖特基勢(shì)壘二極管(SchottkyBarrierDiode,縮寫成SBD)的簡(jiǎn)稱。SBD不是利用P型半導(dǎo)體與N型半導(dǎo)體接觸形成PN結(jié)原理制作的,而是利用金屬與半導(dǎo)體接觸形成的金屬-半導(dǎo)體結(jié)原理制作的。因此,SBD也稱為金屬-半導(dǎo)體(接觸)二極管或表面勢(shì)壘二極管,它是一種熱載流子二極管。
肖特基二極管是以其發(fā)明人華特?肖特基博士(Walter Hermann Schottky,1886年7月23日—1976年3月4日)命名的,SBD是肖特基勢(shì)壘二極管
肖特基二極管結(jié)構(gòu)原理圖
(Schottky Barrier Diode,縮寫成SBD)的簡(jiǎn)稱。SBD不是利用P型半導(dǎo)體與N型半導(dǎo)體接觸形成PN結(jié)原理制作的,而是利用金屬與半導(dǎo)體接觸形成的金屬-半導(dǎo)體結(jié)原理制作的。因此,SBD也稱為金屬-半導(dǎo)體(接觸)二極管或表面勢(shì)壘二極管,它是一種熱載流子二極管。
肖特基二極管是問(wèn)世的低功耗、大電流、超高速半導(dǎo)體器件。其反向恢復(fù)時(shí)間極短(可以小到幾納秒),正向?qū)▔航祪H0.4V左右,而整流電流卻可達(dá)到幾千毫安。這些優(yōu)良特性是快恢復(fù)二極管所無(wú)法比擬的。中、小功率肖特基整流二極管大多采用封裝形式。
2原理
肖特基二極管
肖特基二極管是貴金屬(金、銀、鋁、鉑等)A為正極,以N型半導(dǎo)體B為負(fù)極,利用二者接觸面上形成的勢(shì)壘具有整流特性而制成的金屬-半導(dǎo)體器件。因?yàn)?/span>N型半導(dǎo)體中存在著大量的電子,貴金屬中僅有極少量的自由電子,所以電子便從濃度高的B中向濃度低的A中擴(kuò)散。顯然,金屬A中沒(méi)有空穴,也就不存在空穴自A向B的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)。隨著電子不斷從B擴(kuò)散到A,B表面電子濃度逐漸降低,表面電中性被破壞,于是就形成勢(shì)壘,其電場(chǎng)方向?yàn)?/span>B→A。但在該電場(chǎng)作用之下,A中的電子也會(huì)產(chǎn)生從A→B的漂移運(yùn)動(dòng),從而消弱了由于擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)而形成的電場(chǎng)。當(dāng)建立起一定寬度的空間電荷區(qū)后,電場(chǎng)引起的電子漂移運(yùn)動(dòng)和濃度不同引起的電子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)達(dá)到相對(duì)的平衡,便形成了肖特基勢(shì)壘。
典型的肖特基整流管的內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)是以N型半導(dǎo)體為基片,在上面形成用砷作摻雜劑的N-外延層。陽(yáng)極使用鉬或鋁等材料制成阻檔層。用二氧化硅(SiO2)來(lái)消除邊緣區(qū)域的電場(chǎng),提高管子的耐壓值。N型基片具有很小的通態(tài)電阻,其摻雜濃度較H-層要高100%倍。在基片下邊形成N+陰極層,其作用是減小陰極的接觸電阻。通過(guò)調(diào)整結(jié)構(gòu)參數(shù),N型基片和陽(yáng)極金屬之間便形成肖特基勢(shì)壘,如圖所示。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。
綜上所述,肖特基整流管的結(jié)構(gòu)原理與PN結(jié)整流管有很大的區(qū)別通常將PN結(jié)整流管稱作結(jié)整流管,而把金屬-半導(dǎo)管整流管叫作肖特基整流管,采用硅平面工藝制造的鋁硅肖特基二極管也已問(wèn)世,這不僅可節(jié)省貴金屬,大幅度降低成本,還改善了參數(shù)的一致性。
3優(yōu)點(diǎn)
肖特基二極管
SBD具有開關(guān)頻率高和正向壓降低等優(yōu)點(diǎn),但其反向擊穿電壓比較低,大多不高于60V,最高僅約100V,以致于限制了其應(yīng)用范圍。像在開關(guān)電源(SMPS)和功率因數(shù)校正(PFC)電路中功率開關(guān)器件的續(xù)流二極管、變壓器次級(jí)用100V以上的高頻整流二極管、RCD緩沖器電路中用600V~1.2kV的高速二極管以及PFC升壓用600V二極管等,只有使用快速恢復(fù)外延二極管(FRED)和超快速恢復(fù)二極管(UFRD)。UFRD的反向恢復(fù)時(shí)間Trr也在20ns以上,根本不能滿足像空間站等領(lǐng)域用1MHz~3MHz的SMPS需要。即使是硬開關(guān)為100kHz的SMPS,由于UFRD的導(dǎo)通損耗和開關(guān)損耗均較大,殼溫很高,需用較大的散熱器,從而使SMPS體積和重量增加,不符合小型化和輕薄化的發(fā)展趨勢(shì)。因此,發(fā)展100V以上的高壓SBD,一直是人們研究的課題和關(guān)注的熱點(diǎn)。近幾年,SBD已取得了突破性的進(jìn)展,150V和 200V的高壓SBD已經(jīng)上市,使用新型材料制作的超過(guò)1kV的SBD也研制成功,從而為其應(yīng)用注入了新的生機(jī)與活力。