肖特基二極管的目前趨勢

作者/Koichiro Yoshimoto Littelfuse晶閘管業(yè)務(wù)開發(fā)經(jīng)理

　　引言

　　雖然肖特基二極管已經(jīng)上市有幾十年了，新的發(fā)展和產(chǎn)品卻不斷增強了它的特性并擴展了應(yīng)用的可能性。除了太陽能電池板和汽車，它們現(xiàn)在也被用于筆記本電腦、智能手機和平板電腦的電池充電器。

　　早在1938年，德國物理學家Walter Schottky開發(fā)了金屬-半導體接觸的模型。與半導體-半導體接觸相反，肖特基二極管由于材料組成的選擇方式在半導體的界面上形成了一個耗盡區(qū)而因此具有勢壘。這防止了低于特定功率閾值的電功率在金屬和半導體之間流通。肖特基二極管因此比其他金屬-半導體二極管(例如：表現(xiàn)出歐姆電阻行為的歐姆接觸)為轉(zhuǎn)移提供了更大的勢壘。

　　由于這種特性，肖特基二極管主要用于以下兩個領(lǐng)域：

　　1)整流，即在開關(guān)電源(開關(guān)模式電源，SMPS)或電源整流器內(nèi)部的交流至直流轉(zhuǎn)換，以及直流電壓轉(zhuǎn)換;

　　2)阻止直流電流和相反極性的直流的反向流動，例如當電池插入不正確時。

　　由于其較高的開關(guān)速度，肖特基二極管主要用于高達微波范圍的高頻應(yīng)用。這也是由于它們的低飽和能力。因此，它們通常在開關(guān)電源中以續(xù)流二極管或整流器二極管的形式用作降低感應(yīng)電壓的保護二極管，還可用作檢測電路的解調(diào)器。

　　1 不同版本

　　然而，并非所有的肖特基二極管都一樣。例如，大多數(shù)硅用于高達250V的電壓，而砷化鎵、碳化硅或硅鍺被用作阻斷200至1700V電壓的半導體材料。硅肖特基二極管具有大約0.4V的低閾值電壓，工作電流較低時甚至低于0.1V。這遠遠低于電壓約為1V的半導體-半導體結(jié)。肖特基二極管因此可以與硅雙極晶體管的集電極基極結(jié)并聯(lián)切換，以防止晶體管的飽和，并且使得晶體管能夠顯著更快地切換到阻斷狀態(tài)。然而，它們具有比硅基半導體-半導體二極管更高的漏電流，并且在較高的阻斷電壓下快速導致高導通損耗。

　　為了減少這些缺點，Littelfuse最近推出了兩個全新產(chǎn)品系列：MBR和DST功率半導體。MBR系列的整流二極管基于硅上肖特基二極管技術(shù)，不僅具有低漏電流，且提供高溫電阻和低正向電壓。它們非常適合用于高頻開關(guān)電源、續(xù)流二極管、DC/DC轉(zhuǎn)換器、不間斷電源和極性保護。它們還可滿足商業(yè)和工業(yè)應(yīng)用的所有一般要求。這些適用于惡劣高溫環(huán)境中的高結(jié)溫條件的二極管具有保護環(huán)，可提高強度和耐用性。開發(fā)人員經(jīng)常使用MBR肖特基整流二極管，因為它們具有極快的開關(guān)特性、低正向電壓和低漏電流，而且對高結(jié)溫具有較高的阻抗。由于它們產(chǎn)生的熱比常規(guī)二極管要少，因此還減少了熱和電損耗。

　　與MBR系列相比，DST系列的肖特基勢壘整流器具有極低的正向電壓和更低的漏電流，因而具有更高系統(tǒng)效率。同時，它們具有較高的飽和能力，也因此不適用于超高頻應(yīng)用。否則，兩個系列具有幾乎相同的特性，也適合用于相同的應(yīng)用。根據(jù)具體應(yīng)用的電路設(shè)計，它們具有多種封裝類型和單芯片或雙芯片配置可選。Littelfuse還可針對特定應(yīng)用對二極管進行定制。該公司還始終如一地響應(yīng)個性化客戶在功能性、包裝和交付方面的需求，從而能夠為特定的應(yīng)用情況開發(fā)完美的解決方案。

　　2 實際應(yīng)用

　　肖特基二極管的典型應(yīng)用包括，例如太陽能電池板或開關(guān)模式電源。原因是開關(guān)模式電源目前通常的工作頻率高于20kHz，有時在較小的應(yīng)用中甚至高達200kHz。因此，雖然DST有所普及，但在該領(lǐng)域主要使用的是MBR二極管。今天，開關(guān)電源正越來越多地被用來將交流電轉(zhuǎn)換為直流電，包括筆記本電腦和平板電腦的電源適配器、智能手機的USB充電器、臺式電腦、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、機頂盒、無線路由器和許多其他設(shè)備的內(nèi)置電源。如果某件設(shè)備具有其運行所需的處理器或存儲器單元并且由交流電供電(例如通過家中的插座或車中的交流發(fā)電機)，那么通常安裝的是開關(guān)電源。

　　電源整流器因此主要用于電源應(yīng)用中，在這些應(yīng)用中來自交流發(fā)電機的交流電必須為后面的各種裝置轉(zhuǎn)換為5V、9V、16V 或24V的直流電。在汽車中，直流到直流電源將電池的12V或24V電流轉(zhuǎn)換為汽車中各種器件所用的5V、9V、16V或其他電壓的直流電。盡管電流及其電壓的可靠轉(zhuǎn)換通常是直流至交流或直流至直流電源和其他電氣設(shè)備的主要目標，防止逆流卻是太陽能模塊的目標。由半導體材料制成的太陽能電池因提供的能量(例如，來自太陽的電磁輻射)而產(chǎn)生自由的電荷載子。為了從這些電荷載子中產(chǎn)生電流，正負電荷的載子必須朝向不同的方向。這通常是利用內(nèi)部電場來完成的，而內(nèi)部電場可以通過半導體-半導體或金屬-半導體結(jié)來產(chǎn)生。后者由于其較低的正向電壓降可以更好地防止可能的回流，從而防止整流器的功率損耗。

　　MBR肖特基二極管過去在所有應(yīng)用中主導了市場，因為它們更容易生產(chǎn)且更便宜。遠東制造商尤其可以以極低的價格提供這些器件。然而，質(zhì)量要求、耐久性、抵抗惡劣環(huán)境以及個性化調(diào)整正在起著越來越重要的作用;因此，選擇價格更高的產(chǎn)品通常在長遠看來更具回報性。此外，DST二極管的使用也變得更加頻繁，因為盡管其制作過程復雜，但比起MBR版本來也并不是貴得多，而且由于它們更高的系統(tǒng)效率可確保更快的投資回報。通過使用改進的技術(shù)也逐漸解決了極高頻率應(yīng)用的問題;由此看來，DST正在征服越來越多的應(yīng)用領(lǐng)域。