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(qiáng)了它的特性并擴(kuò)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(jī)和平板電腦的電池充電器。

　　早在1938年，德國物理學(xué)家Walter Schottky開發(fā)了金屬-半導(dǎo)體接觸的模型。與半導(dǎo)體-半導(dǎo)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(dǎo)體的界面上形成了一個(gè)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(dǎo)體之間流通。肖特基二極管因此比其他金屬-半導(dǎo)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(gè)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(dòng)，例如當(dāng)電池插入不正確時(shí)。

　　由于其較高的開關(guān)速度，肖特基二極管主要用于高達(dá)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(hù)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(dá)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(dǎo)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(shí)甚至低于0.1V。這遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于電壓約為1V的半導(dǎo)體-半導(dǎo)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(dǎo)體-半導(dǎo)體二極管更高的漏電流，并且在較高的阻斷電壓下快速導(dǎo)致高導(dǎo)通損耗。

　　為了減少這些缺點(diǎn)，Littelfuse最近推出了兩個(gè)全新產(chǎn)品系列：MBR和DST功率半導(dǎo)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(hù)。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(hù)環(huán)，可提高強(qiáng)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?yàn)樗鼈兙哂袠O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(shí)，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(gè)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(jì)，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(jìn)行定制。該公司還始終如一地響應(yīng)個(gè)性化客戶在功能性、包裝和交付方面的需求，從而能夠?yàn)樘囟ǖ膽?yīng)用情況開發(fā)完美的解決方案。

　　2 實(shí)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(shí)在較小的應(yīng)用中甚至高達(dá)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(jī)的USB充電器、臺(tái)式電腦、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、機(jī)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(yùn)行所需的處理器或存儲(chǔ)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(jī))，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(jī)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(biāo)，防止逆流卻是太陽能模塊的目標(biāo)。由半導(dǎo)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(fù)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(dǎo)體-半導(dǎo)體或金屬-半導(dǎo)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(dǎo)了市場，因?yàn)樗鼈兏菀咨a(chǎn)且更便宜。遠(yuǎn)東制造商尤其可以以極低的價(jià)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(gè)性化調(diào)整正在起著越來越重要的作用;因此，選擇價(jià)格更高的產(chǎn)品通常在長遠(yuǎn)看來更具回報(bào)性。此外，DST二極管的使用也變得更加頻繁，因?yàn)楸M管其制作過程復(fù)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(bào)。通過使用改進(jìn)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。