快回复二极管(FRD)与肖特基二极管(SBD):特性对比与性能评估

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我们都了解肖特基二极管(SBD)的特性是快速的,因为它的PN结只有一边是硅(Si),另一边是金属,所以它处于单边耗尽区,从而具备快速响应的特点。近来汽车电子领域十分热门,IGBT被广泛讨论,而与之相关的“伴侣”芯片是FRD(快恢复二极管),旨在提高IGBT的恢复时间(Trr)。那么FRD与SBD相比,它们的快速特性有何差异?如何进行选择?
 
首先,让我们谈谈SBD。前面的文章中可能已经提到过,SBD是由金属与半导体接触形成的。由于金属和半导体之间的功函数差引起的天然势垒,即肖特基势垒。当然,随着半导体一侧的掺杂浓度增加,禁带宽度会变窄,载流子逐渐通过隧穿现象,因此常见的接触都需要使用N+或P+型材料,以形成欧姆接触。要制造出优秀的肖特基二极管,工艺和设计都要求非常高。不要以为能够制造出良好的CMOS器件就一定能制造出优秀的SBD。如果SBD界面特性不佳,会产生一种称为钉扎效应的现象,额外增加一个势垒。设计上需要增加守卫环结构,以防止边缘电场拥挤引起势垒降低导致击穿等问题。
 
与普通硅PN结二极管相比,SBD的特点在于其只有一个单边的空间电荷区域,因此在电场作用下,载流子互相复合所需时间比普通硅PN结二极管要快得多。此外,由于这种二极管只有一个单边的空间电荷区域, PN结电容也变小了,因此SBD通常适用于高频应用。
 
另外,普通硅PN结二极管的正向导通电压为0.6~0.7V,而由于金属和半导体功函数相对PN结较低,SBD的导通电压也较低,约为0.2-0.4V。这有什么用呢?它可以用来检测微弱的电压变化,这就是RF-detector(射频探测器)的工作原理。
 
当然,如果将SBD应用于高频快速领域,还有其他应用。除了刚才提到的RF-detector,这是一个电路级别的应用,我无法详细解释外,大致上类似于惠斯通电桥的结构,只是将四个电阻替换为SBD。更多的信息可以自行在百度搜索。
 
再回到SBD作为二极管的基本应用:钳位(clamp)和整流(rectifier)。钳位实质上是一个开关,当电压高于某个阈值时,它就会打开以保护内部电路,因此需要具备快速响应的特性。第二个应用是整流,在功率整流器中常使用。由于SBD具有较低的导通电压,因此功耗相对较低。
 

关键词:罗姆二极管

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