Schottky-Dioden verwenden Schottky, um die Sperrspannung auf der Metall- oder Halbleiterkontaktfläche zu blockieren, sodass der Strom unidirektional fließen kann. Anders als bei der herkömmlichen Diode ist die Struktur von Schottky und PN-Übergang sehr unterschiedlich. Die Fast-Recovery-Diode ist, wie der Name schon sagt, eine Halbleiterdiode, die die Sperrzeit schnell wiederherstellen kann. In diesem Artikel werden die Unterschiede zwischen Schottky-Dioden und Diode mit schneller Erholung unter den Aspekten der Struktur und der Leistungsmerkmale vorgestellt.
Schottky Diode
Es ist eine Diode mit "Metall-Halbleiter-Übergang" mit Schottky-Charakteristik. Seine Vorwärtsstartspannung ist niedrig. Die Metallschicht kann neben Wolfram auch aus Gold, Molybdän, Nickel, Titan und anderen Materialien bestehen. Das Halbleitermaterial ist Silizium oder Galliumarsenid. Diese Art von Vorrichtung ist für die meisten Träger leitend, daher ist ihr Sperrsättigungsstrom viel größer als der des PN-Übergangs, der für wenige Träger leitend ist. Da der Speichereffekt von Minoritätsträgern in einer Schottky-Diode sehr gering ist, wird ihr Frequenzgang nur durch die RC-Zeitkonstante begrenzt, sodass sie ein ideales Gerät für hohe Frequenzen und schnelles Schalten ist. Seine Arbeitsfrequenz kann 100 GHz erreichen. Darüber hinaus können MIS-Schottky-Dioden (Metall-Isolator-Halbleiter) zur Herstellung von Solarzellen oder Leuchtdioden verwendet werden.
Strukturprinzip
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass sich das Strukturprinzip des Schottky-Gleichrichters stark von dem des PN-Übergangsgleichrichters unterscheidet. PN-Übergangsgleichrichter werden normalerweise als Junction Rectifier bezeichnet, während Metall-Halbröhrengleichrichter als Schottky-Gleichrichter bezeichnet werden. In den letzten Jahren wurden auch in Silizium-Planartechnologie hergestellte Aluminium-Silizium-Schottky-Dioden entwickelt, die nicht nur Edelmetalle einsparen, die Kosten erheblich senken, sondern auch die Konsistenz der Parameter verbessern.
Der Schottky-Gleichrichter verwendet nur einen Träger (Elektron) zum Transportieren von Ladung, und es gibt keine Ansammlung überschüssiger Minoritätsträger außerhalb der Potentialbarriere. Daher gibt es kein Ladungsspeicherproblem (qrr → 0) und die Schalteigenschaften werden erheblich verbessert. Die Sperrverzögerungszeit kann auf weniger als 10 ns verkürzt werden. Allerdings ist sein Sperrspannungswert relativ niedrig, im Allgemeinen nicht mehr als 100 V. Daher ist es geeignet, unter niedriger Spannung und hohem Strom zu arbeiten. Die Effizienz von Niederspannungs- und Großstrom-Gleichrichter- (oder Freilauf-) Schaltungen kann durch Nutzung der Eigenschaften des Niederspannungsabfalls verbessert werden.
Schnelle Erholungsdiode
Fast-Recovery-Dioden beziehen sich auf Dioden mit kurzer Reverse-Recovery-Zeit (unter 5us). Dabei werden Golddopingmaßnahmen ergriffen. Einige der Strukturen verwenden eine PN-Übergangsstruktur und einige verwenden eine verbesserte Pin-Struktur. Ihr Durchlassspannungsabfall ist höher als der von gewöhnlichen Dioden (1-2v), und die Sperrspannungsfestigkeit liegt meist unter 1200 V. In Bezug auf die Leistung kann es in zwei Stufen unterteilt werden: schnelle Wiederherstellung und ultraschnelle Wiederherstellung. Die Reverse-Recovery-Zeit des ersteren beträgt Hunderte von Nanosekunden oder länger, während das letztere weniger als 100 Nanosekunden beträgt.
Die Schottky-Diode ist eine Diode, die auf der Potentialbarriere basiert, die durch den Kontakt zwischen Metall und Halbleiter gebildet wird. Sie wird kurz als Schottky-Diode bezeichnet. Es hat eine Durchlassspannungsreduzierung ({{0}}.4-1.0 V), eine Rückwärtserholzeit (0-10 Nanosekunden), einen großen Rückwärtsleckstrom und eine niedrige Spannungsfestigkeit. im Allgemeinen niedriger als 150 V. Es wird hauptsächlich in Niederspannungsanlässen verwendet.
Schottky-Dioden und Dioden mit schneller Erholung werden üblicherweise in Schaltnetzteilen verwendet. Der Unterschied besteht darin, dass die Erholungszeit des ersteren etwa 100-mal kleiner ist als die des letzteren, und die Rückwärtserholungszeit des ersteren etwa mehrere Nanosekunden beträgt. Ersteres hat die Vorteile eines geringen Stromverbrauchs, eines hohen Stroms und einer ultrahohen Geschwindigkeit.
Beim Herstellungsprozess der Diode mit schneller Erholung werden Golddotierung, einfache Diffusion und andere Prozesse angewendet, die eine hohe Schaltgeschwindigkeit und eine hohe Spannungsfestigkeit erzielen können. Gegenwärtig werden Fast-Recovery-Dioden hauptsächlich als Gleichrichterelemente in der Wechselrichter-Stromversorgung verwendet.
Reverse-Recovery-Zeit
Was ist die Reverse-Recovery-Zeit? Wenn die Spannung der externen Diode von der Vorwärtsrichtung in die Rückwärtsrichtung übergeht, kann der durch die Vorrichtung fließende Strom nicht vorübergehend vom Vorwärtsstrom in den Rückwärtsstrom umgewandelt werden. Zu diesem Zeitpunkt werden die in Vorwärtsrichtung injizierten Minoritätsträger (Löcher) durch das starke elektrische Feld der Raumladungszone extrahiert. Da die Dichte dieser Löcher höher ist als die ausgeglichene Lochdichte des Basisbereichs, wird ein viel größerer Rückwärtsstrom als der Sperrleckstrom im Rückwärtsvorspannungsmoment erzeugt, d. h. der Rückwärtserholungsstrom IRM. Gleichzeitig beschleunigt die Verstärkung des Koinzidenzprozesses auch die Abnahme dieser zusätzlichen Ladungsträgerdichte. Bis die im Basisbereich angesammelten zusätzlichen Ladungsträger vollständig verschwinden, nimmt der Sperrstrom ab und stabilisiert sich auf den Sperrleckstrom. Die Zeit, die der gesamte Prozess benötigt, ist die Reverse-Recovery-Zeit.
Die Rückwärtserholzeit TRR ist definiert als das Zeitintervall, in dem der Strom den Nullpunkt von der Vorwärtsrichtung auf den angegebenen niedrigen Wert durchläuft. Es ist ein wichtiger technischer Index, um die Leistung von Hochfrequenz-Freilauf- und Gleichrichtergeräten zu messen.
Strukturmerkmale von Fast-Recovery- und Ultra-Fast-Recovery-Dioden
Der interne Aufbau der Fast-Recovery-Diode unterscheidet sich von dem einer gewöhnlichen Diode. Es fügt den Basisbereich I zwischen den Siliziummaterialien vom p-Typ und n-Typ hinzu, um den pin-Siliziumchip zu bilden. Da der Basisbereich sehr dünn und die Sperrverzögerungsladung sehr klein ist, wird nicht nur der TRR-Wert stark reduziert, sondern auch der transiente Durchlassspannungsabfall wird reduziert, sodass die Röhre einer hohen Sperrbetriebsspannung standhalten kann. Die Rückwärtserholzeit der Schnellerholungsdiode beträgt im Allgemeinen mehrere hundert Nanosekunden, der Durchlassspannungsabfall beträgt etwa 0,6 V, der Durchlassstrom beträgt mehrere Ampere bis mehrere tausend Ampere und die Sperrspitzenspannung kann mehrere hundert bis erreichen mehrere tausend Volt. Die Reverse-Recovery-Ladung der Ultrafast-Recovery-Diode wird weiter reduziert, wodurch ihr TRR so niedrig wie einige zehn Nanosekunden wird.
Die meisten Dioden mit schneller und ultraschneller Erholung unter 20 A haben die Form eines TO-220-Gehäuses. Aus Sicht der inneren Struktur kann es in Einzelrohr und Gegenrohr (auch Doppelrohr genannt) unterteilt werden. Innerhalb des Röhrenpaars befinden sich zwei Dioden mit schneller Erholung. Entsprechend den unterschiedlichen Verbindungsmethoden der beiden Dioden gibt es zwei Arten von gemeinsamer Kathode zu Röhre und gemeinsamer Anode zu Röhre. Die Fast-Recovery-Dioden mit Dutzenden von Ampere sind im Allgemeinen in einem -3p-Metallgehäuse verpackt. Die Rohre mit größerem Fassungsvermögen (mehrere hundert a bis mehrere tausend a) werden in Bolzen- oder Plattenform verpackt.
Testmethode
Routinetestverfahren
Unter Amateurbedingungen kann das Multimeter die unidirektionale Leitfähigkeit von Dioden mit schneller und ultraschneller Erholung sowie offene Schaltkreise und Kurzschlussfehler im Inneren erkennen und den Spannungsabfall in Durchlassrichtung messen. Wenn es mit einem Megger ausgestattet ist, kann es auch die Sperrdurchbruchspannung messen.
Beispiel: Messen Sie eine ultraschnelle Erholungsdiode, und ihre Hauptparameter sind: TRR=35ns, wenn=5a, IFSM=50a, VRM=700V. Drehen Sie das Multimeter auf R × In Gang 1 beträgt der abgelesene Vorwärtswiderstand 6,4 l, n=19,5 l. Der Sperrwiderstand ist unendlich. Weiterhin wird VF=0,03 V/ × 19,5=0,585 V erhalten. Beweisen Sie, dass das Rohr gut ist.
Angelegenheiten, die Aufmerksamkeit erfordern:
Einige einzelne Röhren haben insgesamt drei Stifte, und der mittlere Stift ist ein leerer Stift, der normalerweise beim Verlassen der Fabrik abgeschnitten wird, aber einige werden nicht abgeschnitten;
Wenn eines der Rohre beschädigt ist, kann es als Einzelrohr verwendet werden;
R muss bei der Messung des Durchgangsdruckabfalls × 1. Gang verwendet werden. Wenn R verwendet wird × Bei 1K-Getriebe ist der gemessene VF-Wert aufgrund des zu geringen Prüfstroms, der weit unter dem normalen Betriebsstrom des Rohrs liegt, erheblich niedriger. Wenn im obigen Beispiel R ausgewählt ist × Gemessen bei 1K-Gang, ist der Vorwärtswiderstand gleich 2,2k und zu diesem Zeitpunkt n=9 Gitter. Der berechnete VF-Wert beträgt nur 0,27 V, was weit unter dem normalen Wert liegt (0,6 V);
Die Erholungszeit der Fast-Recovery-Diode beträgt 200-500 ns;
Die Erholungszeit der ultraschnellen Diode beträgt 30-100ns;
Die Erholungszeit der Schottky-Diode beträgt etwa 10 ns;
Darüber hinaus ist auch ihre Durchlassspannung unterschiedlich. Schottky < schnelle Erholung < hohe Effizienz.