书摘：肖特基二极管的基本特性

1.内容

汽车电子设计专栏---有源器件

2.目录

目录

第三部分：有源器件

第一章：二极管

1介绍

2二极管技术规格

2.1二极管电路符号

2.2二极管额定参数

3硅二极管结构

4二极管PN结

5二极管偏置

5.1二极管正向偏置

5.2二极管反向偏置

6半导体制造技术

6.1硅的制备

6.2半导体加工

7肖特基二极管

7.1肖特基二极管技术与结构

7.2肖特基二极管的基本特性

7.3肖特基二极管的优缺点

7.4肖特基二极管的应用

7.5肖特基二极管整流器设计注意事项

8齐纳二极管

8.1齐纳二极管基础知识

8.2齐纳二极管结构

8.3齐纳二极管原理与操作

8.4齐纳二极管的应用

8.5钳位齐纳管

9.激光二极管

9.1激光二极管概述

9.2激光二极管基础知识

9.3激光二极管类型

9.4激光二极管结构

9.5激光二极管操作

9.6控制激光二极管

10隧道二极管

10.1隧道二极管的特性

10.2隧道二极管的应用

10.3隧道二极管的历史

10.4隧道二极管的优点和缺点

11发光二极管

11.1辐射能发射原理

11.2LED中的辐射能发射

11.3电致发光LED

11.4LED的原理图符号

11.5发光二极管操作

11.6电路中的多个LED

11.7用交流电驱动LED

11.8LED的典型规格

11.9LED相较于白炽灯泡的优点

11.10LED的缺点

11.11LED和不同照明的效率和寿命

11.12LED的历史

12光电二极管

12.1光电二极管工作原理

12.2光电二极管结构

12.3光电二极管操作

12.4光电二极管材料

13变容二极管或变容二极管

14快速二极管

14.1阶跃恢复二极管结构

14.2阶跃恢复二极管操作

15PIN二极管

15.1PIN二极管结构

15.2PIN二极管特性

15.3PIN二极管用途及优点

15.3PIN二极管特性

15.4总结

16崩越二极管

17甘恩二极管

18肖克利二极管

19恒流二极管

20碳化硅二极管

21聚合物二极管

22PIN光电二极管

第二章：晶闸管和双向可控硅

1.晶闸管

1.1晶闸管应用

1.2晶闸管发现

1.3晶闸管工作原理

1.4晶闸管符号和基础知识

1.5晶闸管电路和设计注意事项

1.6晶闸管规格

1.7其他类型的晶闸管或可控硅

2.晶闸管结构与制造

2.1晶闸管/可控硅基本结构

2.2晶闸管/可控硅材料

2.3晶闸管半导体结构和制造

2.4非对称晶闸管/可控硅结构

3.晶闸管/可控硅工作原理

3.1晶闸管操作：基础知识

3.2晶闸管/可控硅的基本结构

3.3晶闸管的等效电路

4.栅极关断晶闸管

4.1栅极关断晶闸管

4.2栅极可关断晶闸管结构

4.3栅极关断晶闸管操作

5.三端双向可控硅

5.1双向可控硅基础知识

5.2三端双向可控硅符号

5.3三端双向可控硅开关工作原理

5.4双向可控硅应用

5.5使用三端双向可控硅开关

5.6双向可控硅电路示例

5.7双向可控硅电路和设计注意事项：

5.8三端双向可控硅规格

5.9.了解Triac规格和数据表参数

6.双向开关二极管操作应用电路

6.1双向开关二极管符号

6.2双向开关二极管操作

6.3双向可控硅结构

6.4 DIAC应用

7.晶闸管和双向可控硅

7.1晶闸管与双向可控硅

7.2触发特征

7.3误触发

7.4导通

7.5开启

4.2.7缓冲

第三章：双极晶体管

1.双极晶体管

2晶体管的制造过程

2.1合金扩散晶体管

2.2硅平面晶体管

3双极结型晶体管（BJT）的工作原理

3.1掺杂

3.2BJT层

3.3双极晶体管包含两种类型的半导体材料

4双极结型晶体管(BJT)作为开关

4.1使用BJT作为开关：示例

4.2截止与饱和晶体管

4.3用晶体管来控制电流

4.4太阳能电池用作光传感器

5电流增益

5.1BJT传输特性

5.2BJT输入特性

5.3BJT输出特性

5.4BJT互感特性

第四章：结型场效应晶体管

1场效应晶体管

2.JFET的结构

3结型场效应晶体管的种类

3.1N沟道JFET

3.2P沟道JFET

4.JFET结构

5.夹断电压

6JFET的VI特性曲线

7跨导方程

8总结

第五章：场效应晶体管MOSFET

1.MOSFET类型

1.1N沟道MOSFET

1.2P沟道MOSFET

2低功率MOSFET

3功率MOSFET

4栅极驱动阻抗

5开关速度

6导通电阻

7.功率MOSFET基础知识

第六章：IGBT

1.IGBT绝缘栅双极晶体管

2.IGBT的历史与发展

3.IGBT，绝缘栅双极晶体管基础知识

3.1IGBT电路符号

3.2IGBT物理结构

4.IGBT的优缺点

4.1IGBT的优点

4.2IGBT的缺点

4.3IGBT的总结

5.IGBT应用

6.IGBT类型

7.IGBT的VI特性

8.IGBT 封装

9.IGBT工作原理

3.《汽车电子设计---有源器件》

电子书自序

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电子书书摘

汽车电子设计专栏---有源器件篇

肖特基二极管是一种多数载流子器件，即 N 型材料中的电子。这使其在速度方面具有显着优势，因为当空穴或电子进入与传统二极管的情况相反的区域时，它不依赖于空穴或电子重新组合。

此外，通过使器件变小，可以减少正常的 RC 型时间常数，使这些二极管比传统的 PN 二极管快一个数量级。这个因素是它们在射频应用以及开关速度很重要的许多其他电源应用中如此受欢迎的主要原因，例如在开关电源中。

肖特基二极管还具有比普通 PN 结高得多的电流密度。这意味着正向电压降要低得多。这使得二极管非常适合用于电源整流应用。

肖特基二极管的主要缺点是其反向击穿水平远低于 PN 二极管。

另一个缺点是相对较高的反向电流水平。对于许多用途来说，这可能不是问题，但在更严格的应用程序中使用它时，这是一个值得关注的因素。

整体 IV 特性如下所示。可以看出，肖特基二极管具有典型的正向半导体二极管特性，但导通电压要低得多。在高电流水平下，它会趋于平稳，并受到串联电阻或最大电流注入水平的限制。在反向击穿发生在某一水平之上。该机制类似于 PN 结中的碰撞电离击穿。

7.2.1肖特基二极管 IV 特性

IV特性通常如下所示。在正向电流呈指数上升，拐点或导通电压约为 0.2 V。在反向方向上，反向电流水平比使用更传统的 PN 结二极管时更大。此外，反向击穿电压通常也低于等效的硅 PN 结二极管。

图：肖特基二极管的 IV 特性

某些肖特基二极管结构中包含的保护环的使用提高了其正向和反向性能。在结构中加入保护环的主要优点是改善反向击穿特性。两者之间的击穿电压差异约为 4:1。一些没有保护环的小信号二极管可能只有 5 到 10 V 的反向击穿电压。虽然这对于一些低信号应用来说可能是可以接受的，但对于大多数情况来说并不理想。

7.2.2肖特基二极管主要规格和参数

在使用这些二极管时，需要了解几个关键的肖特基二极管规格——它们与普通 PN 结二极管的规格完全不同。

正向压降：鉴于二极管两端的正向压降较低，这是一个特别值得关注的参数。从肖特基二极管 IV 特性可以看出，二极管两端的电压会根据所承载的电流而变化。因此，任何给定的规范都提供了给定电流的正向电压降。通常假定开启电压约为 0.2 V。

反向击穿：肖特基二极管的击穿电压不高。与此相关的数字包括最大峰值反向电压、最大阻断直流电压和其他类似参数名称。如果超过这些数字，则二极管有可能进入反向击穿。应该注意的是，任何电压的 RMS 值都是常数值的 1/√2 倍。与普通PN结二极管相比，反向击穿的上限并不高。最大数字，即使是整流二极管也只能达到 100 V 左右。肖特基二极管整流器很少超过这个值，因为即使在高于这个值的情况下工作的器件也会表现出等于或大于等效 PN 结整流器的正向电压。

结电容：电容参数对于小信号射频应用来说是非常重要的参数之一。通常肖特基二极管的结面积很小，因此电容也很小。几个皮法的典型值是正常的。由于电容取决于任何耗尽区等，因此必须在给定电压下指定电容。

反向恢复时间：当二极管用于开关应用时，此参数很重要。这是将二极管从其正向传导或“ON”状态切换到反向“OFF”状态所需的时间。在这段时间内流动的电荷称为“反向恢复电荷”。肖特基二极管的此参数的时间通常以纳秒 (ns) 为单位测量，一些呈现时间为 100 ps。事实上，需要很少的恢复时间主要来自电容而不是多数载流子复合。因此，当从正向导通状态切换到反向阻断状态时，反向电流过冲非常小。

反向泄漏电流：反向泄漏参数可能是肖特基二极管的一个问题。发现温度升高会显着增加反向漏电流参数。通常，对于相同水平的反向偏置，二极管结温每升高 25℃，反向电流就会增加一个数量级。

工作温度：结的最高工作温度，Tj 通常限制在 125℃到 175℃ 之间。这比普通硅二极管可以使用的要少。应注意确保功率二极管的散热不允许超过这个数字。

7.2.3肖特基二极管特性总结

肖特基二极管用于许多应用，因为它的特性与更广泛使用的标准 PN 结二极管的几个方面明显不同。

肖特基二极管 / PN 二极管比较

特征

肖特基二极管

PN结二极管

正向电流机制

多数载流子运输。

由于扩散电流，即少数载流子传输。

反向电流

多数运营商克服障碍的结果。与标准 PN 结相比，这对温度的依赖性较小。

少数载流子通过耗尽层扩散的结果。它具有很强的温度依赖性。

开启电压

小 - 约 0.2 V。

比较大 - 大约 0.7 V。

开关速度

快速 - 由于使用多数载流子，因为不需要重组。

受注入少数载流子复合时间的限制。

7.2.4肖特基二极管数据表规格示例

为了对肖特基二极管的预期特性有所了解，下面提供了几个实际示例。这些总结了主要的数据表规格，以了解其性能。

示例1N5828肖特基势垒功率整流二极管

该二极管被描述为肖特基二极管，螺柱型，即用于电源整流。它显示了功率肖特基二极管的性能。

特征

符号

典型值

单位

细节

最大重复峰值反向电压

VRM

40

V

最大直流阻断电压

Vr

40

V

平均正向电流

IF (AV)

15

A

T = 100℃

峰值正向浪涌电流

IFSM

500

A

最大瞬时正向电压

VF

0.5

V

在 IFM = 15A 和 Tj = 25℃ 时

额定阻断电压下的最大瞬时反向电流

IR

10

250

mA

Tj= 25℃

Tj = 125℃

表：典型的 1N5258 肖特基二极管特性/规格

示例1N5711肖特基势垒开关二极管

该二极管被描述为具有高反向击穿、低正向压降和用于结保护的保护环的超快速开关二极管。

特征

符号

典型值

单位

细节

最大直流阻断电压

Vr

70

V

最大正向连续电流

Ifm

15

mA

反向击穿电压

V(BR)R

70

V

在10µA 的反向电流

反向漏电流

IR

200

mA

在 VR=50V

正向压降

VF

0.41

1.00

V

在 IF = 1.0 mA

IF=15mA

结电容

Cj

2.0

pF

VR = 0V, f=1MHz

反向恢复时间

trr

1

ns

表：典型 1N5711 特性/规格

尽管此处的示例给出了相当典型的 40 V 反向电压特性，但通常可以获得的最大值约为 100 V。

应该注意的是，尽管这些数字是作为典型肖特基二极管的预期数字示例给出的，但即使对于给定的器件编号，不同制造商之间的数字也会略有不同。

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