SiC结势垒肖特基二极管总结报告
何东（B140900200）肖凡（B140900208）于佳琪（B140900204）
一、SiC JBS器件的发展现状
1. 宽禁带半导体材料的优势
当前，随着微电子器件向低功耗、高耐压、高可靠性方向的发展，对半导体材料的要求也逐渐提高。微电子器件越来越多的应用在高温、高辐照、高频和大功率等特殊环境。为了满足微电子器件在耐高温和抗辐照等领域的应用，需要研发新的半导体材料，从而最大限度地提高微电子器件性能。传统的硅器件和砷化镓器件限制了装置和系统性能的提高。以碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）为代表的第三代半导体材料，由于材料本身的宽禁带宽度和高临界击穿电场等优点成为制作耐高温、高功率和抗辐照等电子器件的理想的半导体材料[1]。目前研究的SiC基器件有高温和功率SiC器件、微波和高频SiC器件、SiC光电器件、抗辐照器件等[2]。
SiC材料的临界击穿场强是Si材料的10倍，SiC的禁带宽度和热导率均是Si材料的3倍，本征载流子的浓度也只有硅材料的十分之一。这些优异的物理特性使SiC材料制成的半导体功率器件在高频、高温、大功率及高辐照等环境下有很高的优势。SiC在不同的环境下能形成不同的晶体结构，现在常用的有3C-SiC、
4H-SiC、6H-SiC三种晶体结构。4H-SiC材料以其较高的禁带宽度和空穴迁移率，较低的本征载流子浓度成为制造半导体器件的主流材料[3-4]。
具备以上优异的物理特性的4H-SiC材料主要有以下应用：
（1）利用其优异的热导率特性，在器件封装及温度方面的要求低，4H-SiC 器件适合应用在卫星、航空和航天探测、石油以及地热钻井探测、汽车发动机等需要耐高温的环境中。
（2）利用其宽禁带宽度和高化学稳定性，在高频和抗辐照等领域，4H-SiC 器件具有不可替代的作用，因为它可以抵御强大的射线辐射，在核战或强电磁干扰中的耐受能力远远超过硅基器件。
（3）利用其高的饱和速度和临界击穿场强，4H-SiC是1～10 GHz范围的大功率微波放大器的理想应用材料，高频和微波4H-SiC器件在军用雷达、通信和广
播电视等领域具有很好的应用前景。
（4）由于SiC晶体与GaN晶体的热膨胀系数和晶格相匹配，以及SiC材料具有优良的热导率，4H-SiC材料也成为制造发光二级管和激光二极管的理想衬底材料，成为制造光电器件的关键基础材料之一。
2. 4H-SiC JBS器件的研究现状
碳化硅二极管是功率半导体器件的重要组成部分，目前研究的重点是PiN二极管，肖特基势垒二极管（SBD，schottky barrier diode）和结势垒肖特基二极管（JBS，junction barrier schottky diode）。肖特基二极管的主要优势是开关速度快，反向恢复电流几乎为零，其性能不受正向电流与温度的影响。加反向偏置电压时，由于隧道效应导致的反向漏电流增大使肖特基二极管的阻断电压受到限制，这很大程度上制约了其在高压中的应用。相比于肖特基二极管，PiN二极管的优点在于击穿电压高、反向漏电流小，因而在高压低频功率开关中得到广泛应用。在高工作频率下，PiN二极管的长的反向恢复时间导致反向恢复时能量损耗比较大，限制了其开关速度。结势垒控制肖特基二极管是在普通的肖特基二极管的漂移区集成多个网状的PN结。在正向偏置时，因为肖特基势垒低，肖特基二极管首先进入导通状态，起主要作用，随着正向电压的增大，PN结导通，有源区的少数载流子注入到漂移区，由于少子注入产生的电导调制效应对器件的导通压降进一步改善；反向偏置时，PN结在高反压下耗尽区向沟道区扩展，当反向电压达到某个数值时，耗尽层交叠并向N-外延层延伸，此时肖特基势垒被屏蔽在高电场之外，抑制了肖特基势垒的降低，有效改善了反向漏电流的增大。结势垒肖特基二极管结合了肖特基二极管优良的开关特性和PiN二极管的高阻断特性，成为制作大电流、高反压、开关速度快、抗浪涌电流强的功率整流管[5-6]。所以，SiC 材料以其优良的性能与结势垒控制肖特基二极管的优势相结合是当今功率开关二极管的发展趋势。
SiC JBS在高压、高温、高速等领域表现出来的巨大潜力引起了广泛的关注，近年来科研工作者对SiC JBS或MPS器件进行了大量的研究。不同系列的SBD 和JBS产品也相继推出。
在器件的电学特性和工艺制作方面，Katsunori Asano等人研制了4H-SiC 作为衬底材料的JBS器件，通过改善有源区的面积提高了器件的反向耐压能力和减
小了器件的反向漏电流，器件的最高耐压可达3.9 kV，特征导通电阻为
40.2mΩcm2，反向恢复时间9.7ns。2000年，K. Tone等人采用MJTE的结终端技术制作的MPS器件，在常温至250℃条件下对MPS器件进行测试，结果表明其具有类似于SBD的正向导通特性和类似于PiN二极管的反向漏电流特性。2002年，J.H.Zhao等人成功研制了1500V/9A和1000V/50A的4H-SiC JBS器件。2003年，Zhiyun Luo等人首次研究了质子辐照对高压4H-SiC JBS器件静态和动态性能的
影响，通过和Si PiN二极管进行对比，结果表明，在高浓度质子辐照下，4H-SiC JBS器件的抗辐照能力比Si PiN二极管强。
2005年，Lin Zhu等人研制的一种新型的具有横向沟道的4H-SiC LC-JBS器件，器件耐压超过1 kV，具有较高的开关速度和类似于PiN二极管的反向漏电流，正向导通压降低于1.8V，开关电流比达到109以上，结电容也比普通JBS 结构减小了50%。2006年Lin Zhu等人在退火时在表面淀积一层AlN，能有效降低高温导致的表面缺陷，有效降低了JBS器件的导通压降和反向漏电流，特征导通电阻为40.2mΩcm2。2008年Lin Zhu等人又开发了一个新的分析高压下4H-SiC JBS整流特性的模型，采用Fowler-Nordheim隧穿方程来精确地计算高压下JBS器件的反向漏电流。这种模式已经得到了验证，通过比较仿真和实验结果，具有很好的一致性[7-9]。
2008年，Brett A. Hull等人研制的面积为0.88 cm2的4H-SiC JBS器件，室温下，正向电流为10A时，导通压降低于3.5V，在反向偏压为10 kV时，反向漏电流低于10μA。同年，P.Brosselard等人对1.2 kV的Si PiN 二极管、4H-SiC SBD 器件和4H-SiC JBS器件进行了温度特性的研究与比较。Si PiN 二极管在温度为200℃时由于反向电流的增大而失效；室温下4H-SiC SBD器件的正向特性较好，在300℃的温度下4H-SiC JBS器件的正向特性较好；4H-SiC JBS器件的反向漏电流在三者中最小；随着温度的变化，4H-SiC SBD器件的反向恢复特性稳定性较好，4H-SiC JBS器件的反向恢复时间有一定的浮动变化。由此可知对器件参数的设定取决于系统的需求，比如操作温度，额定电流等[10]。
2009年，Song Qing-Wen等人提出了一种新的分析MPS反向特性的模型，通过求解圆柱形泊松方程和利用WKB近似的方法，在肖特基接触区建立了新的电场分布模型和反向电流密度模型。利用模型计算出的结果和通过ISE仿真出的结
果具有很好的一致性，证实了，隧道电流是器件在高偏压下的反向漏电流的主要组成部分。同年，Kazuhiro Mochizuki 等人利用monte Carlo模型计算了Al离子横向扩散引起的缺陷对4H-SiC JBS器件正向电流密度和正向导通压降的影响，同时也讨论了Al离子横向扩散引起的缺陷对漂移层的表面区域的电子迁移率的退化产生的影响[11]。
随着微电子技术向高集成度、低功耗方向发展，减小功率器件的尺寸和降低器件功耗是微电子发展的趋势。Zhang Yimen等人报道的具有浮动型埋层结构的4H-SiC JBS器件和普通JBS结构对比，击穿耐压提高了44%，功率损耗降低了47%。在同等耐压的条件下，器件的尺寸也比普通结构减小了19%。由于金属层下的SiO2中有正电荷聚集，使该处的耗尽层减薄，边缘效应增强，导致击穿电压下降，漏电流增大。2010年，Ants Koel等人采用P+扩散保护环结构，使电场集中的现象得到缓和，在同等尺寸下，和普通4H-SiC JBS器件性能相比，提高了器件的反向耐压能力和减小了反向漏电流密度，降低了器件功率损耗。2011年，Chen Feng-Ping等人研制的利用斜场板和保护环优化电场的4H-SiC JBS器件，沟槽深度为3μm时，器件的特征导通电阻为8.3mΩcm2。开启电压为0.65V，反向偏置电压为500V时，反向电流密度小于1A/cm2，反向恢复时间为80ns，反向峰值电流为28.1mA。器件在75℃至200℃温度测试下，其反向阻断性能有较好的稳定性[12-13]。
功率二极管浪涌电流应力下的可靠性检测是至关重要的。2012年，Xing Huang等人对SiC SBD和SiC JBS二极管浪涌应力下的可靠性进行了研究，浪涌的脉冲宽度选择为8.3ms。提取了单个浪涌的峰值功率大约限制在450W/mm2，脉冲能量为1.4J/mm2。重复浪涌应力下，Al金属的电子迁移可引起引线键合或边缘终止，从而导致设备发生故障断开。在浪涌电流为34.9A/ mm2，两个SBD 器件可以重复浪涌应力测试10000次而不损坏。随着不同的参数设计，JBS的导通压降不同，从而导致它的抗浪涌强度不同。JBS的导通压降为3V时，浪涌电流超过20A/ mm2时器件损坏，而在此电流下测试的SBD器件却是安全的，这是因为较高的少数载流子注入从而导致比常规肖特基二极管抗浪涌弱[14]。
在器件的电路及封装应用方面，2002年，Ranbir Singh等人报道了两种1500V/4A和1410V/20A的4H-SiC JBS器件，二维模拟仿真结果显示沟槽间隔为
4μm时表现出优异的开/关特性，在100-200 kHz范围内的DC /DC转换器的效率比Si基JBS器件提高了3-6％。由于其反向恢复时间和损耗几乎为零，在硬切换斩波器的应用中，可以有效降低器件的开启损耗和反向恢复损耗；MOSFET作为主要的开/关器件时，器件的开启损耗和反向恢复损耗降低了60%；4H-SiC JBS器件在软开关斩波器中作辅助二极管使用时，可有效避免辅助支路关断所引起的电压峰值，同时也减小了应用系统的尺寸及降低了器件的功率损耗[15-16]。
2011年，Hesam Mirzaee等人研究比较了应用在高功率中压三电平转换器中的6.5 kV的Si-IGBT/Si-PIN二极管，6.5 kV的Si-IGBT/SiC-JBS二极管和10 kV 的SiC-MOSFET/SiC-JBS的二极管。三种不同的二极管的电源模块的电路模型是基于精确地器件管芯的SPICE电路模型，包括封装的寄生电感。选择1MW三电平转换器，利用包括对称/非对称寄生电感的SPICE电路模型观察三种二极管在1kHz，5kHz和10kHz开关频率下的开关电路脉冲波形和测量切换功率和能量损耗。结果表明，6.5kV的Si-IGBT结合SiC-JBS反并联二极管具有超过5kHz的高效率，10kV的SiC-MOSFET/SiC-JBS二极管仍然可应用于具有较高的开关频率的高功率转换器。
微电子封装在推动更高性能、更低功耗、更低成本和更小形状因子的产品上发挥着至关重要的作用。在芯片-封装协同设计以及满足各种可靠性要求而使用具有成本效益的材料和工艺方面，还存在很多挑战。为满足当前需求并使用设备高产量大产能的能力，还需要在技术和制造方面进行众多的创新研究。2012年，V. Banu等人研究了各种封装技术的SiC肖特基二极管的功率循环能力的实验对
比结果，为了便于分析，采用基础设备上的自加热和专用的工作台，功率循环能力的SiC肖特基二极管的封装使用不同的互连技术（铝楔键合，金丝球键合和压装）。研究目的在于获得在能够在超过300℃的温度下正常使用的碳化硅器件。耐压600V和1200V的JBS/MPS器件已经在Cree和英飞凌等公司产业化，美国的Cree公司已经可以提供1200V/50A的JBS/MPS二极管单芯片和封装产品[17]。
JBS/MPS器件为单极型器件，反向恢复时间几乎为零，有效减少了二极管反向恢复导致的损耗和相关的IGBT开通瞬态损耗，在开关频率较高的电路中得到广泛应用。
国内的宽禁带半导体功率器件的研究起步较晚，材料和器件制作水平和国外
相比还有较大差距。但是在国家973和863国家重大基础项目研究的支持下，促进了国内的宽禁带半导体功率器件的研究和制备。西安电子科技大学、山东大学和电子科技大学等高等院校侧重于半导体材料及器件的理论及模拟研究。中国电子科技集团55所、46所、13所、中科院微电子所等侧重于材料及器件的制备。
在SiC结构器件设计方面，叶毅等人提出了一种新型4H-SiC阳极凹槽D-RESURF肖特基二极管结构，结果表明，新结构和普通RESURF结构相比，反向击穿电压从890V提高到1672V，导通电流为80mA/mm时，正向导通压降从4.4V降低到2.8V。南雅公等人为了增强器件高温条件下的适应性，对4H-SiC 具有双层浮结结构的肖特基二极管温度特性进行了研究。张海鹏等人提出了一种沟槽P型PN结肖特基势垒复合4H-SiC二极管（TP JBS）与普通的JBS二极管相比具有更低的通态电阻，更低的反向漏电流，更低的静态功率损耗，更适合在高功率低功耗的电力电子系统中的应用。陈刚等人采用场板和边缘终端技术的大电流Ni/4H-SiC SBD二极管，理想因子为1.03，势垒高度为1.6eV，反向偏置电压1102V时，漏电流密度只有1.15×10-3A/cm2，在正向压降3.5V时得到了7.47A 的大电流输出，特征导通电阻为6.22mΩcm2。2004年，西安电子科技大学王守国对离子注入制备4H-SiC器件及其温度特性研究。2010年，湖南大学张发生对4H-SiC同质外延薄膜及其高电压肖特基二极管器件研究。2011年，西安电子科技大学黄健华对高压4H-SiC 结势垒肖特基二极管进行了研究。2012年，兰州大学王一帆设计和制备了10A/300V、400V JBS二极管[18]。
在材料和器件的制备方面，北京大学微电子学研究院研制的深槽Ni (Pt) Si/Si 肖特基二极管可以大幅度提高反向击穿电压，在外延层浓度为5e15cm-3时，深槽器件的击穿电压可以达到80V，比保护环器件高约30V。2009年，石家庄第十三研究所专用集成电路国家重点实验室测试了4H-SiC SBD和JBS在250～600℃的区间内退火后的正反向特性。研究了不同退火温度对这两种期间的正向开启电压、理想因子和反向阻断电压的影响，为4H-SiC SBD和JBS在实际生产中提供了较理想的理论依据。2010年，南京电子器件研究所单片集成电路和模块国家级重点实验室研制的耐250℃高温的1200V-5A 4H-SiC JBS二极管和IXYS公司的600V Si快恢复二极管进行了对比：室温动态开关测试中，反向恢复的功率损耗比Si快恢复二极管节省了92%。这是国内首次报道的250℃高温
下正常工作的SiC JBS二极管。2011年，南京电子器件研究所又在76.2 mm 4H-SiC 晶圆上采用厚外延技术和器件制作工艺研制的4H-SiC JBS二极管，室温下，反向耐压达到2700V。正向开启电压为0.8V，在正向压降2V时正向电流密度为122A/cm2，比导通电阻为8.8mΩcm2。近年来，中电13所，55所等研制的600V～1200V的SiC SBD试样品，为SiC器件的发展和应用打下了坚实的基础。
目前由于SiC功率半导体器件表现出的优异性能，特别是SiC SBD，SiC JBS 等器件表现出优异的电学特性及其制作工艺研究的比较成熟。针对国内SiC功率半导体器件研究水平，应优先大力发展SiC整流器，从器件结构设计和耐压机理分析入手，一方面是对已有器件继续进行优化，使其能满足军事和商业化应用；另一方面继续开发更低导通压降，更小芯片面积和更高工作温度的器件，加快国内SiC整流器实用化进程。
二、4H-SiC JBS器件结构和工作原理
4H-SiC 结势垒肖特基二极管的结构如图1所示，在普通的4H-SiC 肖特基二极管的漂移区集成多个网状的PN结栅，4H-SiC JBS 的工作原理如下：
图14H-SiC 结势垒控制肖特基二极管示意图
图2 4H-SiC PiN、SBD和MPS正向特性比较
1、加正向偏置电压时，由于肖特基势垒低，肖特基二极管首先导通，随着反向偏置电压的增大，PN结二极管导通，有源区的少数载流子注入到漂移区，产生的电导调制效应进一步降低了4H-SiC JBS 器件的正向导通压降。在较小的正向偏置电压下，其正向导通特性类似于肖特基二极管的正向导通特性，只是由于P+区的存在，正向电流密度会减小。
2、加反向偏置电压时，PN结形成的耗尽区向沟道区扩展，当反向偏置电压达到某一个电压值时，肖特基势垒下的耗尽层就会相连在一起。当耗尽层交叠以后, 导电沟道被夹断，就会在沟道区形成一个势垒，耗尽层随着反向偏置电压的增加而向沟道下方扩展，所增加的反向电压将会由耗尽层来支撑。这个势垒把肖特基势垒屏蔽在高电场之外，有效地抑制了肖特基势垒降低效应，使反向漏电流大幅度减小，这和普通的肖特基二极管明显不同。穿通条件一旦建立，除了由于空间电荷区产生而引起的反向漏电流微小增加外，反向漏电流的大小基本保持不变。
3、4H-SiC JBS器件在较大的正向偏置电压下，PN结二极管导通，PN结的少数载流子注入到漂移区，产生的电导调制效应提高了器件的复合率和注入比，此时P+区贮存的载流子浓度减小降低了4H-SiC JBS器件的反向恢复电流和缩短了反向恢复时间。
通过对上述4H-SiC JBS器件工作原理的分析，由于对4H-SiC JBS器件应用
需求的侧重点不同，所以选择结构设计时，侧重点不同：（1）通过调节有源区和肖特基接触的宽度比来调节4H-SiC JBS器件的性能，增大肖特基接触的宽度可提高器件的正向导通特性，但是反向耐压能力减弱；增大有源区的宽度可提高器件的反向耐压能力，但是正向导通特性减弱，所以需根据实际需求来调节两者的宽度比；（2）通过调节有源区和肖特基接触的宽度比来折中器件的反向耐压和正向导通特性，4H-SiC JBS器件在选择肖特基接触金属时比肖特基二极管更加灵活；（3）较大的有源区深度可以更有效的降低4H-SiC JBS器件的表面电场强度，但是高掺杂离子的注入对4H-SiC JBS器件表面的损伤也越大，较低掺杂离子注入可以减弱半导体表面的损伤，提高器件的耐压能力就必须要耗尽层落在N-外延层，就必须提高有源区的掺杂浓度，所以在选择有源区的深度时也需要折中考虑；（4）较大的N-外延层厚度和较小的掺杂浓度能提高4H-SiC JBS器件的反向耐压能力，但会引起4H-SiC JBS器件串联电阻的增大，导致正向导通特性减弱；反之提高了器件的正向导通特性，减弱了器件的反向耐压能力，所以在选择N-外延层的厚度和掺杂浓度大小时，要权衡电子器件的实际需要来设计参数；（5）在实际的4H-SiC JBS器件结的边缘具有电场集中效应，降低了器件的反向耐压能力，所以为了缓解电场集中，使器件的反向耐压能力更接近于平行平面结的理想值，需要对器件的边缘终端进行优化。
三、4H-SiC JBS器件的电参数特性
图3 4H-SiC JBS器件正向伏安特性曲线
1. 正向导通特性
在正向偏置电压下，4H-SiC JBS 器件的肖特基接触区域首先导通，随着电压的增加，PN 结导通，其正向导通压降的表达式如下所示：
,,,*2ln FS F JBS B on JBS F JBS J nkT V n R J q A T φ??=++ ???
（1） 式中，J F ,JBS 表示4H-SiC JBS 器件的正向电流密度，JFS 表示通过4H-SiC JBS 器件肖特基接触区域的电流密度，Ron,JBS 表示4H-SiC JBS 器件导通电阻，ФB ，n ，k ，T ，q 分别为肖特基势垒高度、理想因子、玻尔兹曼常数、绝对温度、单个电子电荷量。
2. 反向截止特性
肖特基二极管的反向阻断特性较差，是受肖特基势垒变低的影响。为了获得高击穿电压，漂移区的掺杂浓度很低，因此势垒形成并不求助于减小PN 结之间的间距。调整肖特基间距获得与PiN 击穿电压接近的JBS ，但是JBS 的高温漏电流大于PiN ，这是来源于肖特基区。JBS 反向偏置时，PN 结形成的耗尽区将会向沟道区扩散和交叠，从而在沟道区形成一个势垒，使耗尽层随着反向偏压的增加向衬底扩展。这个耗尽层将肖特基界面屏蔽于高场之外，避免了肖特基势垒降低效应，使反向漏电流密度大幅度减小。此时JBS 类似于PiN 管。反向漏电流的组成主要由两部分：一是来自肖特基势垒的注入；二是耗尽层产生电流和扩散电流。利用热电子发射理论，JBS 的反向漏电流的表达式如下：
//*2,2B B j
kT kT R JBS m S x J A T e e m S φφ-?--=+ （2）
3. 二次击穿
产生二次击穿的原因主要是半导体材料的晶格缺陷和管内结面不均匀等引起的。二次击穿的产生过程是：半导体结面上一些薄弱点电流密度的增加，导致这些薄弱点上的温度增加引起这些薄弱点上的电流密度越来越大，温度也越来越高，如此恶性循环引起过热点半导体材料的晶体熔化。此时在两电极之间形成较低阻的电流通道，电流密度骤增，导致肖特基二极管还未达到击穿电压值就已经损坏。因此二次击穿是不可逆的，是破坏性的。流经二极管的平均电流并未达到二次击穿的击穿电压值，但是功率二极管还是会产生二次击穿。为了对上述情况
进行合理的解释，电流集中理论和雪崩注入理论得到广为采纳。
（1）电流集中
功率二极管内部由于薄弱点的电流骤增是产生二次击穿的主要原因。某些薄弱点的功耗达到了诱发功耗，导致局部电流骤增引起过热点，此时局部产生热击穿或电流击穿使功率二极管永久损坏。导致电流在局部骤增的原因可能是半导体材料的晶格缺陷和工艺制作导致的扩散引起的不均匀性造成的。
（2）雪崩注入
在反向偏置条件下，随着反向偏置电压的增加引起空间电荷区电场强度在不断增加，倍增因子增加，此时反向漏电流就会趋向于无穷大，而产生一次击穿，此后反向漏电流进一步增加，在高电场下引起雪崩注入，导致功率二极管的二次击穿，这种二次击穿的延迟时间极短。
四、4H-SiC JBS器件存在的主要问题
JBS目前的困难在于p型碳化硅的欧姆接触较难形成，因为用离子注入法对碳化硅进行p型掺杂需要很高的退火温度，在碳化硅中很难形成p+区。采用Baliga提出的凹槽肖特基势垒二极管(TSBS) 结构可以获得与JBS类似的效果，却可避免p型掺杂。在碳化硅外延层的表面和表层凹槽的表面分别用功函数不同的两种金属形成高低不同的肖特基势垒。低势垒接触在表面，高势垒接触在凹槽表面，后者为前者起削弱反向电场的作用。实验表明，如果这两种接触的势垒高度以及台面宽度和凹槽深度搭配得当，器件的反向漏电流可以大大降低。目前，对大功率碳化硅肖特基势垒二极管的研究开发已达到小面积（直径0.5 mm以下）器件的反向阻断电压超过4000 V，大面积（直径超过1 mm）器件也能达到1000 V 左右的水平。例如，在2001年已有140A/800V 4H-SiC JBS的报导。在同年的另一报导中，反向电压高达1200V的4H-SiC肖特基势垒二极管已做到直径3mm，其正向电流密度高达300 Acm-2，而相应的正向压降只有2V。
五、4H-SiC JBS器件最新成果
1. 大容量、小型化
2008 年报道了10 kV/10 A 的4H-SiC JBS 二极管，该器件的n-区厚120 μm，掺杂浓度为6. 0 × 1014 /cm3，采用了900 μm宽的硼注入结终端技术，Al 注入在
阳极区形成格栅pn 结势垒。8. 3 mm × 10 mm的器件在10 A正向电流时，正向压降小于3. 5 V; 从常温到200 ℃具有正温度系数的电阻性能和稳定的肖特基势垒高度，10 kV关断电压的反向漏电在全温度范围小于10 μA。从正向电流10 A到反向关断电压3 kV，以dI /dt 为30 A/μs进行开关，其反向恢复时间和反向恢复电荷分别为320 ns和425 nC; 且在25 ～175 ℃内接近常数。同年报道了商用的SiC JBS 所用的衬底已由3 英寸圆片转向4 英寸圆片，最大电流达50 A，正在开发的更大工作电流器件有1. 2 kV/75 A和1. 2 kV/100 A两种，芯片面积分别为6 mm × 8 mm和6. 8 mm ×10 mm。100 A器件的正向压降为1. 77 V，反向漏电在1. 33 kV关断电压时为250 μA。同时研发了10 kV/20 A的SiC JBS，20 A 器件的正向压降为3. 1 V，反向漏电在10 kV关断电压时为80 μA。
2. 模块化
4H-SiC 二极管和Si IGBT 可组成电力电子开关混合模块，在功耗、工作频率和可靠性等性能比全Si 开关模块有大幅提高。这种电力电子开关混合模块已进行了55 kW三相逆变器的应用试验，混合模块中采用600 V/600 A Si IGBT 作三相逆变器的开关管，用六个600 V/75 A的SiC SBD 代替三个600 V/150 A的Si p-n 二极管。在感性负载试验中，混合模块的损耗比全Si 模块减少33. 6%，在动态试验中，混合模块的平均损耗比全Si 模块减少10. 6% ～11. 2%。试验表明混合模块逆变器工作在47kW峰值功率时，效率大于90%。
2011 年报道了混合模块在100 kW宇航用矩阵转换器的应用试验，全Si 模块采用1 700 V/600 A IGBT 和Si快恢复二极管，混合模块采用1 700 V/ 50A IGBT 和1 200 V/50 A SiC 二极管芯片。矩阵转换器用于80 kW负载的永磁电机的驱动试验，试验结果表明，SiC 混合模块比全Si 模块在12. 5 kHz 频率时的开关效率提高7. 8% 达94. 7%，而且能工作到19 kHz的更高频率，相应的效率达93%。同年也报道了SiC 和Si 二极管在半桥模块应用中的能耗分析，在全Si 和混合模块所用Si IGBT 相同( 1 200 V/ 100 A ) ，二极管分别为Si 二极管( 1 200 V/ 100 A ) 和两个SiC SBD ( 1 200 V/40 A) 。两种模块在600 V和790 A/μs开关比较试验结果表明: SiC 二极管最大反向恢复电流减少了60%，相应减少损耗58%; IGBT 开关损耗减少了25%，IGBT 总损耗减少15%; 混合模块的整个损耗减少了22%。2010 年报道了3kV SiC JBS 混合模块应用于牵引逆变器，3 kV/200 A的两种模块由Si
IGBT 和Si p-n 二极管( 工作电流100 A/cm2 )以及SiC JBS 二极管( 密度为120 A/cm2 ) 分别构成。试验结果表明，SiC 混合模块和全Si 模块相比，导通损耗减少到1 /7，反向恢复损耗减少到1 /10。预计变换器和逆变器的总损耗下降30%，该逆变器成功用于火车的牵引电机。
目前由于SiC功率半导体器件表现出的优异性能，特别是SiC SBD，SiC JBS 等器件表现出优异的电学特性及其制作工艺研究的比较成熟。针对国内SiC功率半导体器件研究水平，应优先大力发展SiC整流器，从器件结构设计和耐压机理分析入手，一方面是对已有器件继续进行优化，使其能满足军事和商业化应用；另一方面继续开发更低导通压降，更小芯片面积和更高工作温度的器件，加快国内SiC整流器实用化进程。
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肖特基（势垒）二极管（简称SBD）整流二极管的基本原理?FCH10A15型号简称：10A15 ?主要参数：IF(AV)=10A, VRRM=150V ?产品封装：TO-220F ?脚位长度：6-12mm ?可测试参数：耐压VRRM 正向压降(正向直流电压)VF 漏电IR ?型号全名：FCH20A15 ?型号简称：20A15 ?主要参数：20A 150V ?产品封装：TO-220F ?可测试参数：耐压VRRM 正向压降(正向直流电压)VF 漏电IR ?在金属（例如铅）和半导体（N型硅片）的接触面上，用已形成的肖特基来阻挡反向电压。肖特基与PN结的整流作用原理有根本性的差异。其耐压程度只有40V左右。 其特长是：开关速度非常快：反向恢复时间特别地短。因此，能制作开关二极和低压大电流整流二极管。 肖特基整流二极管的主要参数 ?以下是部分常用肖特基二极管型号，以及耐压和整流电流值：
肖特基二极管 肖特基二极管常用参数大全 型号制造商封 装 If/A Vrrm/V 最大Vf/V 1SS294 TOS SC-59 0.1 40 0.60 BAT15-099 INF SOT143 0.11 4 0.32 BAT54A PS SOT23 0.20 30 0.50 10MQ060N IR SMA 0.77 90 0 .65 10MQ100N IR SMA 0.77 100 0.9 6
0.34 SS12 GS DO214 1.00 20 0.50 MBRS130LT3 ON - 1.00 30 0 .39 10BQ040 IR SMB 1.00 40 0 .53 RB060L-40 ROHM PMDS 1.00 40 0.55 RB160L-40 ROHM PMDS 1.00 40 0.55 SS14 GS DO214 1.00 40 0.50 MBRS140T3 ON - 1.00 40 0 .60 10BQ060 IR SMB 1.00 60 0 .57 SS16 GS DO214 1.00 60 0.75 10BQ100 IR SMB 1.00 100 0.7 8 MBRS1100T3 ON - 1.00 100 0.7 5 10MQ040N IR SMA 1.10 40 0 .51 15MQ040N IR SMA 1.70 40 0 .55 PBYR245CT PS SOT223 2.00 45 0.45
肖特基二极管特性详解 我们所熟知的二极管被广泛应用于各种电路中，但我们真正了解二极管的某些特性关系吗?如二极管导通电压和反向漏电流与导通电流、环境温度存在什么样的关系等，让我们来扒扒很多数据手册中很少提起的特性关系和正确合理的选型。下面就随半导体设计制造小编一起来了解一下相关内容吧。 我们都知道在选择二极管时，主要看它的正向导通压降、反向耐压、反向漏电流等。但我们却很少知道其在不同电流、不同反向电压、不同环境温度下的关系是怎样的，在电路设计中知道这些关系对选择合适的二极管显得极为重要，尤其是在功率电路中。接下来我将通过型号为SM360A(肖特基管)的实测数据来与大家分享二极管鲜为人知的特性关系。 1、正向导通压降与导通电流的关系 在二极管两端加正向偏置电压时，其内部电场区域变窄，可以有较大的正向扩散电流通过PN结。只有当正向电压达到某一数值(这一数值称为“门槛电压”，锗管约为0.2V，硅管约为0.6V)以后，二极管才能真正导通。但二极管的导通压降是恒定不变的吗?它与正向扩散电流又存在什么样的关系?通过下图1的测试电路在常温下对型号为SM360A的二极管进行导通电流与导通压降的关系测试，可得到如图2所示的曲线关系：正向导通压降与导通电流成正比，其浮动压差为0.2V。从轻载导通电流到额定导通电流的压差虽仅为0.2V，但对于功率二极管来说它不仅影响效率也影响二极管的温升，所以在价格条件允许下，尽量选择导通压降小、额定工作电流较实际电流高一倍的二极管。 图1 二极管导通压降测试电路
图2 导通压降与导通电流关系 2、正向导通压降与环境的温度的关系 在我们开发产品的过程中，高低温环境对电子元器件的影响才是产品稳定工作的最大障碍。环境温度对绝大部分电子元器件的影响无疑是巨大的，二极管当然也不例外，在高低温环境下通过对SM360A的实测数据表1与图3的关系曲线可知道：二极管的导通压降与环境温度成反比。在环境温度为-45℃时虽导通压降最大，却不影响二极管的稳定性，但在环境温度为75℃时，外壳温度却已超过了数据手册给出的125℃，则该二极管在75℃时就必须降额使用。这也是为什么开关电源在某一个高温点需要降额使用的因素之一。 表1 导通压降与导通电流测试数据
1、某水轮机进行效率试验时测得的读数如下：水轮机进口压力表的读数为6.3kg/cm2，装压力表处的钢管直径为6m ，压力钢管中心高程为90 m ，压力表距钢管中心距离为3.5m 。水轮机的流量Q 为270m3/s ，下游尾水位高程为97m ，发电机出力为1.5╳105kW ，发电机的效率97.5%f η=。求该工况下水轮机的效率。 ()()2 2 22122 22 1122111 22212125=02270 9.556229.55==4.65229.8122=4.6590 3.5630097=64.15 1.51097.5%9.81270a n P P V g Q V m s D V m g V P V P H E E Z Z g g m P P αγγππαααγγη≈===???? ? ??????????=-=++-++ ? ? ????+++-++?==??解：将水轮机出口断面取在下游断面，则，=0.905 64.15 2、已知某水电站装有ZZ440-LH-800型水轮机，设计流量Q=490m3/s ，设计水头为21米，额定转速为60rpm ，叶片出口角0227β=，轮毂直径10.5B d D =，容积效率98%v η=，水力效率95.2%h η=。试绘制该工况下水轮机进、出口水流速度三角形，并求进口角。 ()()()11212222212220 20222211221860 25.133/60 6049098% 12.738/111844412.738 25.1330.133/tan tan 2712.738tan 890.133 1 1 2195.2%25.13325.9.8 m m B m u m u s u u u D n U U m s Q V V m s K D d V V U m s V V H U V U V g V ππππβααη??== = =?== = =-???-=-=-===== -?=-，得() 1011110 111111330.1337.928/12.738 tan 587.928 12.738 tan 3725.1337.928 u m u m u V m s V V V U V ααββ?===== ==--，得，得
◆Half Bridge Rectified、Common Cathode Structure.◆Multilayer Metal -Silicon Potential Structure.◆Low Power Waste，High Efficiency.◆Low Voltage High Frequency Switching Power Supply.◆Low Voltage High Frequency Invers Circuit. ◆Low Voltage Continued Circuit and Protection Circuit. Summarize Absolute Maximum Ratings Symbol Data Unit VRRM 100 V VDC 100 V IFAV 2010 IFSM 150A TJ -40-+170℃ TSTG -40-+170 ℃ Electricity Character Item Minimum representative Maximum Value Unit TJ =25℃ 100 uA TJ =125℃ 10mA VF TJ =25℃IF=10A 0.82 v Forward Peak Surge Current(Rated Load 8.3Half Mssine Wave-According to JEDEC Method)Operating Junction Temperature Storage Temperature Test Condition IR VR=VRRM Item Maximal Inverted Repetitive Peak Voltage Average Rectified Forward Current TC=150℃Whole Device A unilateral maximal DC interdiction voltage MBR20100Schottky diode,in the manufacture uses the main process technology includes:Silicon epitaxial substrate,P+loop technology,The potential metal and the silicon alloy technology,the device uses the two chip,the common cathode,the plastic half package structure. ◆ RoHs Product. Productor Character ◆Beautiful High Temperature Character. ◆Have Over Voltage protect loop，high reliability.Primary Use Package ITO-220AB TO-220AB Typical Reference Data Internal Equivalent Principle MBR20100CT
肖特基二极管有哪些作用 肖特基二极管介绍： 肖特基二极管是以其发明人肖特基博士（Schottky）命名的，SBD是肖特基势垒二极管（SchottkyBarrierDiode，缩写成SBD）的简称。SBD不是利用P型半导体与N型半导体接触形成PN结原理制作的，而是利用金属与半导体接触形成的金属－半导体结原理制作的。因此，SBD也称为金属－半导体（接触）二极管或表面势垒二极管，它是一种热载流子二极管。 肖特基二极管是近年来问世的低功耗、大电流、超高速半导体器件。其反向恢复时间极短（可以小到几纳秒），正向导通压降仅0.4V左右，而整流电流却可达到几千毫安。这些优良特性是快恢复二极管所无法比拟的。中、小功率肖特基整流二极管大多采用封装形式。 肖特基二极管原理 肖特基二极管是贵金属（金、银、铝、铂等）A为正极，以N型半导体B为负极，利用二者接触面上形成的势垒具有整流特性而制成的多属-半导体器件。因为N型半导体中存在着大量的电子，贵金属中仅有极少量的自由电子，所以电子便从浓度高的B中向浓度低的A中扩散。显然，金属A中没有空穴，也就不存在空穴自A向B的扩散运动。随着电子不断从B扩散到A，B表面电子浓度表面逐渐降轻工业部，表面电中性被破坏，于是就形成势垒，其电场方向为B→A。但在该电场作用之下，A中的电子也会产生从A→B的漂移运动，从而消弱了由于扩散运动而形成的电场。当建立起一定宽度的空间电荷区后，电场引起的电子漂移运动和浓度不同引起的电子扩散运动达到相对的平衡，便形成了肖特基势垒。 典型的肖特基整流管的内部电路结构是以N型半导体为基片，在上面形成用砷作掺杂剂的N-外延层。阳极（阻档层）金属材料是钼。二氧化硅（SiO2）用来消除边缘区域的电场，提高管子的耐压值。N型基片具有很小的通态电阻，其掺杂浓度较H-层要高100%倍。在基片下边形成N+阴极层，其作用是减小阴极的接触电阻。通过调整结构参数，可在基片与阳极金属之间形成合适的肖特基势垒，当加上正偏压E时，金属A和N型基片B分别接电源的正、负极，此时势垒宽度Wo变窄。加负偏压-E时，势垒宽度就增加。 综上所述，肖特基整流管的结构原理与PN结整流管有很大的区别，通常将PN结整流管称作结整流管，而把金属-半导管整流管叫作肖特基整流管，近年来，采用硅平面工艺制造的铝硅肖特基二极管也已问世，这不仅可节省贵金属，大幅度降低成本，还改善了参数的一致性。 肖特基整流管仅用一种载流子（电子）输送电荷，在势垒外侧无过剩少数载流子的积累，因此，不存在电荷储存问题（Qrr→0），使开关特性获得时显改善。其反向恢复时间已能缩短到10ns以内。但它的反向耐压值较低，一般不超过去时100V。因此适宜在低压、大电流情况下工作。利用其低压降这特点，能提高低压、大电流整流（或续流）电路的效率。 肖特基二极管作用
保证出力与额定出力之间有什么关系，他们之间的区别是什么？分别怎样计算？ 保证出力指的是机组在各个运行水头稳定运行的出力范围。有最大保证出力，也有最小保证出力。各种机型的保证出力是不一样的。比如混流式的保证出力定义是：在最小到最大水头范围内水轮机出力是45~100%。那么最大保证出力就是某水头时的100%，最小出力为最大出力的45%。保证出力受能量性能（效率），气蚀等诸多因素的影响。例如，某水轮机出力在设计水头下为8333kw，那么，在这个水头下最大出力就8333kw,最小出力就是8333X45%=3750kw.。以上最大最小出力在行业规范中有具体的规定。额定出力是指机组在最优工况点的出力（既选择的运转特性曲线上效率最大点的水头和流量）。设计出力指的是在设计点的出力（设计水头，设计流量，设计效率）。 出力计算公式：N=9.81QHη（千瓦） 其中：9.81是水的比重常数 Q—通过水轮机的流量（立方米/秒） H—水轮机的工作水头（米） η—水轮机的工作效率（％） 水轮机的线型特性曲线可用转速特性曲线、工作特性曲线及水头特性曲线三种不同形式表示。线型特性曲线具有简单、直观等特点，所以常用来比较不同型式水轮机的特性。 一、转速特性曲线 转速特性曲线表示水轮机在导水叶开度、叶片转角和水头为某常数时，其他参数与转速之间的关系。在水轮机的模型试验中，常规的做法是保持一定的水头，通过改变轴上的负荷（力矩）来改变转速，达到调节工况的目的。故整理模型试验的数据时，以转速特性曲线最为方便，水轮机的其他特性曲线，实际上都是从转速特性曲线换算而得。 如图下图所示。由水轮机转速特性曲线可以看出水轮机在不同转速时的流量、出力与效率，还可以看出水轮机在某开度时的最高效率、最大出力及水轮机的飞逸转速。
二极管是电子电路中常用的元件之一，其在电子电路中可以作为整流、检波、钳位保护等用途。本文介绍一下电子爱好者搞电子制作时经常用到的一些二极管的主要电参数及封装丝印。 1、常用的整流二极管 电子制作中常用二极管的主要参数及封装丝印 1N4001整流二极管 1N4001整流二极管是1N40xx系列中常用的管子，其耐压值为50V，整流电流为1A，在一些低压稳压电源中很常见。对于直插的1N4001二极管，带有白色色环的那一端为负极（其它型号的直插二极管亦然）。贴片封装的1N4001的丝印为M1，其参数与直插的1N4001的参数一样。 电子制作中常用二极管的主要参数及封装丝印 贴片1N4001二极管 电子制作中常用二极管的主要参数及封装丝印 ▲ 1N4007整流二极管 1N4007二极管可以说是1N40xx系列中最常用的二极管，该管耐压值为1000V，整流电流为1A，其广泛用于电子镇流器、LED驱动器中作为低频高压整流。 电子制作中常用二极管的主要参数及封装丝印 ▲ 贴片1N4007二极管 电子制作中常用二极管的主要参数及封装丝印 ▲ 1N5408整流二极管
1N40xx系列二极管的整流电流为1A，若需要大电流整流，可以选用整流电流为3A的1N54xx 的整流二极管。其中1N5408是该系列中最常用的二极管。该管的耐压值可达1000V。 电子制作中常用二极管的主要参数及封装丝印 ▲ 6A10整流二极管 电子制作中常用二极管的主要参数及封装丝印 ▲ 10A10整流二极管 若需要更大电流的整流二极管，可以选用6A10及10A10，它们的耐压值皆为1000V，整流电流分别为6A和10A。 2、常用的肖特基二极管 肖特基二极管高频性能良好，正向压降小，多用于开关电源及逆变器中作高频整流。 电子制作中常用二极管的主要参数及封装丝印 ▲ 1N5819肖特基二极管 1N5819肖特基二极管高频性能良好，正向压降低（在左右），在一些输出电流1A以下的锂电池充电器中很常见。1N5819的耐压值为40V，整流电流为1A。 电子制作中常用二极管的主要参数及封装丝印 贴片封装的1N5819肖特基二极管 电子制作中常用二极管的主要参数及封装丝印 1N5822肖特基二极管 电子制作中常用二极管的主要参数及封装丝印 贴片封装的1N5822肖特基二极管
肖特基（Schottky）二极管 肖特基（Schottky）二极管，又称肖特基势垒二极管（简称 SBD），它属一种低功耗、超高速半导体器件。最显著的特点为反向恢复时间极短（可以小到几纳秒），正向导通压降仅0.4V左右。其多用作高频、低压、大电流整流二极管、续流二极管、保护二极管，也有用在微波通信等电路中作整流二极管、小信号检波二极管使用。在通信电源、变频器等中比较常见。 一个典型的应用，是在双极型晶体管 BJT 的开关电路里面, 通过在 BJT 上连接 Shockley 二极管来箝位，使得晶体管在导通状态时其实处于很接近截止状态，从而提高晶体管的开关速度。这种方法是 74LS，74ALS，74AS 等典型数字 IC 的 TTL内部电路中使用的技术。 肖特基（Schottky）二极管的最大特点是正向压降 VF 比较小。在同样电流的情况下，它的正向压降要小许多。另外它的恢复时间短。它也有一些缺点：耐压比较低，漏电流稍大些。选用时要全面考虑。 三、晶体二极管 晶体二极管在电路中常用“D”加数字表示，如： D5表示编号为5的二极管。 1、作用：二极管的主要特性是单向导电性，也就是在正向电压的作用下，导通电阻很小； 而在反向电压作用下导通电阻极大或无穷大。正因为二极管具有上述特性，无绳电话机中常 把它用在整流、隔离、稳压、极性保护、编码控制、调频调制和静噪等电路中。 电话机里使用的晶体二极管按作用可分为：整流二极管（如1N4004）、隔离二极管（如 1N4148）、肖特基二极管（如BAT85）、发光二极管、稳压二极管等。 2、识别方法：二极管的识别很简单，小功率二极管的N极（负极），在二极管外表大多采用 一种色圈标出来，有些二极管也用二极管专用符号来表示P极（正极）或N极（负极），也有采用符号标志为“P”、“N”来确定二极管极性的。发光二极管的正负极可从引脚长短来识别，长脚为正，短脚为负。 3、测试注意事项：用数字式万用表去测二极管时，红表笔接二极管的正极，黑表笔接二极 管的负极，此时测得的阻值才是二极管的正向导通阻值，这与指针式万用表的表笔接法刚好 相反。 4、常用的1N4000系列二极管耐压比较如下： 型号 1N4001 1N4002 1N4003 1N4004 1N4005 1N4006 1N4007 耐压（V） 50 100 200 400 600 800 1000 电流（A）均为1 四、稳压二极管 稳压二极管在电路中常用“ZD”加数字表示，如：ZD5表示编号为5的稳压管。 1、稳压二极管的稳压原理：稳压二极管的特点就是击穿后，其两端的电压基本保持不变。 这样，当把稳压管接入电路以后，若由于电源电压发生波动，或其它原因造成电路中各点电 压变动时，负载两端的电压将基本保持不变。 2、故障特点：稳压二极管的故障主要表现在开路、短路和稳压值不稳定。在这3种故障中， 前一种故障表现出电源电压升高；后2种故障表现为电源电压变低到零伏或输出不稳定。 常用稳压二极管的型号及稳压值如下表： 型号 1N4728 1N4729 1N4730 1N4732 1N4733 1N4734 1N4735 1N4744 1N4750 1N4751 1N4761 稳压值 3.3V 3.6V 3.9V 4.7V 5.1V 5.6V 6.2V 15V 27V 30V 75V 肖特基势垒二极管SBD（Schottky Barrier Diode，简称肖特基二极管）是近年来间世的低功耗、
肖特基（SCHOTTKY）系列二极管 本文主要介绍济南半导体所研制生产的肖特基二极管系列产品。介绍军品级、工业品级肖特基二极管的种类、性能特点、正反向电参数。对产品的正向直流参数、反向温度特性及正向、反向抗烧毁能力等进行了质量分析，并与国外公司制造的同类产品进行了比较。最后，着重介绍了2DK030高可靠肖特基二极管的性能特点用途，1N60超高速肖特基二极管的性能特点用途，以及功率肖特基二极管在开关电源方面的应用。 本文主要包括下面六个部分： 一．肖特基二极管简介 二．我所肖特基二极管生产状况 三．我所肖特基二极管种类 四．我所肖特基二极管的特点及性能质量分析 五．介绍我所生产的两种肖特基二极管 (1)2DK030高可靠肖特基二极管 (2)1N60超高速肖特基二极管 六．功率肖特基二极管在开关电源方面的应用 下面只对部分常用的参数加以说明 (1) V F正向压降Forward Voltage Drop (2) V FM最大正向压降Maximum Forward Voltage Drop (3) V BR反向击穿电压Breakdown Voltage (4) V RMS能承受的反向有效值电压RMS Input Voltage (5) V RWM 反向峰值工作电压Working Peak Reverse Voltage (6) V DC最大直流截止电压Maximum DC Blocking Voltage (7) T rr反向恢复时间Reverse Recovery Time (8) I F(AV)正向电流Forward Current (9) I FSM最大正向浪涌电流Maximum Forward Surge Current (10) I R反向电流Reverse Current (11) T A环境温度或自由空气温度Ambient Temperature (12) T J工作结温Operating Junction Temperature (13) T STG储存温度Storage Temperature Range (16) T C管子壳温Case Temperature 一．肖特基二极管简介：
常用肖特基二极管型号: 常用的有引线式肖特基二极管有D80-004、B82-004、MBR1545、MBR2535等型号，各管的主要参数见表4-43。
常用的表面封装肖特基二极管有FB系列，其主要参数见表4-44。 特基二极管F5KQ100 F5KQ100 肖特基二极管30CPQ140 30CPQ140 肖特基二极管30CPQ100 30CPQ100 肖特基二极管30CPQ090 30CPQ090 肖特基二极管30CPQ060
30CPQ060 肖特基二极管30CPQ045 30CPQ045 肖特基二极管MBRS260T3G MBRS260T3G 肖特基二极管MBRS130T3G MBRS130T3G 肖特基二极管MBRS320T3G MBRS320T3G 肖特基二极管MBRS340T3G MBRS340T3G 肖特基二极管MBRS140T3G MBRS140T3G 肖特基二极管MBRS240LT3 MBRS240LT3 肖特基二极管MBRS230LT3 MBRS230LT3 肖特基二极管MBRS2040LT MBRS2040LT 肖特基二极管MBR20100 MBR20100 肖特基二极管MBR3045 MBR3045 肖特基二极管MBR2545 MBR2545 肖特基二极管MBR2045 MBR2045 肖特基二极管MBR1545 MBR1545 肖特基二极管MBR1045
MBR1045 肖特基二极管MBR745 MBR745 肖特基二极管MBR3100 MBR3100 肖特基二极管MBR360 MBR360 肖特基二极管DSC01232 DSC01232 肖特基二极管SB3040 SB3040 肖特基二极管IN5817 IN5817 肖特基二极管IN5819 IN5819 肖特基二极管IN5818 IN5818 肖特基二极管IN5822 IN5822 肖特基二极管HER107 HER107 肖特基二极管HER207 HER207 肖特基二极管HER307 HER307 肖特基二极管FR105 FR105 肖特基二极管FR2050
常用肖特基二极管参数 型号制造商封 装 If/A Vrrm/V 最大Vf/V 1SS294 TOS SC-59 0.1 40 0.60 BAT15-099 INF SOT143 0.11 4 0.32 BAT54A PS SOT23 0.20 30 0.50 10MQ060N IR SMA 0.77 90 0.65 10MQ100N IR SMA 0.77 100 0.96 10BQ015 IR SMB 1.00 15 0.34 SS12 GS DO214 1.00 20 0.50 MBRS130LT3 ON - 1.00
30 0.39 10BQ040 IR SMB 1.00 40 0.53 RB060L-40 ROHM PMDS 1.00 40 0 RB160L-40 ROHM PMDS 1.00 40 0.55 SS14 GS DO214 1.00 40 0.5 MBRS140T3 ON - 1.00 40 0. 10BQ060 IR SMB 1.00 60 0.57
SS16 GS DO214 1.00 60 0.75 10BQ100 IR SMB 1.00 100 0.78 MBRS1100T3 ON - 1.00 100 0.75 10MQ040N IR SMA 1.10 40 0.51 15MQ040N IR SMA 1.70 40 0.55 PBYR245CT PS SOT223 2.00 45 0.45 30BQ015 IR SMC 3.00 15 0.35 30BQ040 IR SMC 3.00 40 0.51 30BQ060 IR SMC 3.00 60 0.58 30BQ100 IR SMC 3.00 100 0.79 STPS340U STM SOD6 3.00 4
肖特基二极管 肖特基二极管是以其发明人肖特基博士（Schottky）命名的，SBD是肖特基势垒二极管（SchottkyBarrierDiode,缩写成SBD）的简称。SBD不是利用P型半导体与N型半导体接触形成PN结原理制作的，而是利用金属与半导体接触形成的金属－半导体结原理制作的。因此，SBD也称为金属－半导体（接触）二极管或表面势垒二极管，它是一种热载流子二极管。 肖特基二极管是近年来问世的低功耗、大电流、超高速半导体器件。其反向恢复时间极短（可以小到几纳秒），正向导通压降仅0.4V左右，而整流电流却可达到几千毫安。这些优良特性是快恢复二极管所无法比拟的。中、小功率肖特基整流二极管大多采用封装形式。 一、肖特基二极管原理 肖特基二极管是贵金属（金、银、铝、铂等）A为正极，以N型半导体B 为负极，利用二者接触面上形成的势垒具有整流特性而制成的多属-半导体器件。因为N型半导体中存在着大量的电子，贵金属中仅有极少量的自由电子，所以电子便从浓度高的B中向浓度低的A中扩散。显然，金属A中没有空穴，也就不存在空穴自A向B的扩散运动。随着电子不断从B扩散到A，B表面电子浓度表面逐渐降轻工业部，表面电中性被破坏，于是就形成势垒，其电场方向为B →A。但在该电场作用之下，A中的电子也会产生从A→B的漂移运动，从而消弱了由于扩散运动而形成的电场。当建立起一定宽度的空间电荷区后，电场引起的电子漂移运动和浓度不同引起的电子扩散运动达到相对的平衡，便形成了肖特基势垒。 典型的肖特基整流管的内部电路结构是以N型半导体为基片，在上面形成用砷作掺杂剂的N-外延层。阳极（阻档层）金属材料是钼。二氧化硅（SiO2）用来消除边缘区域的电场，提高管子的耐压值。N型基片具有很小的通态电阻，其掺杂浓度较H-层要高100%倍。在基片下边形成N+阴极层，其作用是减小阴极的接触电阻。通过调整结构参数，可在基片与阳极金属之间形成合适的肖特基势垒，当加上正偏压E时，金属A和N型基片B分别接电源的正、负极，此时势垒宽度Wo变窄。加负偏压-E时，势垒宽度就增加。 综上所述，肖特基整流管的结构原理与PN结整流管有很大的区别，通常将PN结整流管称作结整流管，而把金属-半导管整流管叫作肖特基整流管，近年来，采用硅平面工艺制造的铝硅肖特基二极管也已问世，这不仅可节省贵金属，大幅度降低成本，还改善了参数的一致性。 肖特基整流管仅用一种载流子（电子）输送电荷，在势垒外侧无过剩少数载流子的积累，因此，不存在电荷储存问题（Qrr→0），使开关特性获得时显改善。其反向恢复时间已能缩短到10ns以内。但它的反向耐压值较低，一般不超过去时100V。因此适宜在低压、大电流情况下工作。利用其低压降这特点，能提高低压、大电流整流（或续流）电路的效率。 二、肖特基二极管作用
肖特基二极管的工作原理和特点 肖特基二极管（SBD）是一种低功耗、大电流、超高速半导体器件。其显著的特点为反向恢复时间极短（可以小到几纳秒），正向导通压降仅0.4V左右，而整流电流却可达到几千安培。肖特基二极管多用作高频、低压、大电流整流二极管、续流二极管、保护二极管，也有用在微波通信等电路中作整流二极管、小信号检波二极管使用。常用在彩电的二次电源 整流,高频电源整流中。 肖特基二极管是以其发明人肖特基博士（Schottky）命名的，SBD是肖特基势垒二极管（SchottkyBarrierDiode,缩写成SBD）的简称。SBD不是利用P型半导体与N型半导体接触形成PN结原理制作的，而是利用金属与半导体接触形成的金属－半导体结原理制作的。因此，SBD也称为金属－半导体（接触）二极管或表面势垒二极管，它是一种热载流子二极 管。 肖特基二极管是贵金属（金、银、铝、铂等）A为正极，以N型半导体B为负极，利用二者接触面上形成的势垒具有整流特性而制成的多属-半导体器件。因为N型半导体中存在着大量的电子，贵金属中仅有极少量的自由电子，所以电子便从浓度高的B中向浓度低的A中扩散。显然，金属A中没有空穴，也就不存在空穴自A向B的扩散运动。随着电子不断从B扩散到A，B表面电子浓度表面逐渐降轻工业部，表面电中性被破坏，于是就形成势垒，其电场方向为B→A。但在该电场作用之下，A中的电子也会产生从A→B的漂移运动，从而消弱了由于扩散运动而形成的电场。当建立起一定宽度的空间电荷区后，电场引起的电子漂移运动和浓度不同引起的电子扩散运动达到相对的平衡，便形成了肖特基势垒。 基本原理是：在金属和N型硅片的接触面上，用金属与半导体接触所形成的势垒对电流进行控制。肖特基与PN结的整流作用原理有根本性的差异。其耐压程度只有40V左右，大多不高于60V，以致于限制了其应用范围。其特长是：开关速度非常快：反向恢复时间特别地短。因此，能制作开关二极和低压大电流整流二极管。 肖特基二极管（SBD）的主要特点： 1）正向压降低：由于肖特基势垒高度低于PN结势垒高度，故其正向导通门限电压和 正向压降都比PN结二极管低（约低0.2V）。 2）反向恢复时间快：由于SBD是一种多数载流子导电器件，不存在少数载流子寿命和反向恢复问题。SBD的反向恢复时间只是肖特基势垒电容的充、放电时间，完全不同于PN 结二极管的反向恢复时间。由于SBD的反向恢复电荷非常少，故开关速度非常快，开关损 耗也特别小，尤其适合于高频应用。 3）工作频率高：由于肖特基二极管中少数载流子的存贮效应甚微，所以其频率响仅为RC时间常数限制，因而，它是高频和快速开关的理想器件。其工作频率可达100GHz。 4）反向耐压低：由于SBD的反向势垒较薄，并且在其表面极易发生击穿，所以反向击穿电压比较低。由于SBD比PN结二极管更容易受热击穿，反向漏电流比PN结二极管大。 SBD的结构及特点使其适合于在低压、大电流输出场合用作高频整流，在非常高的频率下（如X波段、C波段、S波段和Ku波段）用于检波和混频，在高速逻辑电路中用作箝
1.塑封整流二极管 序号型号 IF VRRM VF Trr 外形 A V V μs 1 1A1-1A7 1A 50-1000V 1.1 R-1 2 1N4001-1N4007 1A 50-1000V 1.1 DO-41 3 1N5391-1N5399 1.5A 50-1000V 1.1 DO-15 4 2A01-2A07 2A 50-1000V 1.0 DO-15 5 1N5400-1N5408 3A 50-1000V 0.95 DO-201AD 6 6A05-6A10 6A 50-1000V 0.95 R-6 7 TS750-TS758 6A 50-800V 1.25 R-6 8 RL10-RL60 1A-6A 50-1000V 1.0 9 2CZ81-2CZ87 0.05A-3A 50-1000V 1.0 DO-41 10 2CP21-2CP29 0.3A 100-1000V 1.0 DO-41 11 2DZ14-2DZ15 0.5A-1A 200-1000V 1.0 DO-41
12 2DP3-2DP5 0.3A-1A 200-1000V 1.0 DO-41 13 BYW27 1A 200-1300V 1.0 DO-41 14 DR202-DR210 2A 200-1000V 1.0 DO-15 15 BY251-BY254 3A 200-800V 1.1 DO-201AD 16 BY550-200～1000 5A 200-1000V 1.1 R-5 17 PX10A02-PX10A13 10A 200-1300V 1.1 PX 18 PX12A02-PX12A13 12A 200-1300V 1.1 PX 19 PX15A02-PX15A13 15A 200-1300V 1.1 PX 20 ERA15-02～13 1A 200-1300V 1.0 R-1 21 ERB12-02～13 1A 200-1300V 1.0 DO-15 22 ERC05-02～13 1.2A 200-1300V 1.0 DO-15 23 ERC04-02～13 1.5A 200-1300V 1.0 DO-15 24 ERD03-02～13 3A 200-1300V 1.0 DO-201AD 25 EM1-EM2 1A-1.2A 200-1000V 0.97 DO-15 26 RM1Z-RM1C 1A 200-1000V 0.95 DO-15
肖特基二极管常用参数大全型号制造商封装I f/A Vrrm/V 最大Vf/V 1SS294 TOS SC-59 0.1 40 0.60 BAT15-099 INF SOT143 0.11 4 0.32 BAT54A PS SOT23 0.20 30 0.50 10MQ060N IR SMA 0.77 90 0.65 10MQ100N IR SMA 0.77 100 0.96 10BQ015 IR SMB 1.00 15 0.34 SS12 GS DO214 1.00 20 0.50 MBRS130LT3 ON - 1.00 30 0.39 10BQ040 IR S MB 1.00 40 0.53 RB060L-40 ROHM PMDS 1.00 40 0.55 RB160L-40 ROHM PMDS 1.00 40 0.55 S S14G S D O214 1.00400.50 M B R S140T3O N- 1.00400.60 10B Q060I R S M B 1.00600.57 S S16G S D O214 1.00600.75 10B Q100I R S M B 1.001000.78
M B R S1100T3O N- 1.001000.75 10M Q040N I R S M A 1.10400.51 15M Q040N I R S M A 1.70400.55 PBY R245CT P S S O T223 2.00450.45 30B Q015I R S M C 3.00150.35 30B Q040I R S M C 3.00400.51 30B Q060I R S M C 3.00600.58 30B Q100I R S M C 3.001000.79 S T P S340U S T M S O D6 3.00400.84 M B R S340T3O N- 3.00400.52 RB051L-40 ROHM PMDS 3.00 40 0.45 M B R S360T3O N- 3.00600.70 30W Q04F N I R D P A K 3.30400.62 30W Q06F N I R D P A K 3.30600.70 30WQ10F N I R D P A K 3.301000.91 30W Q03F N I R D P A K 3.50300.52 50W Q03F N I R D P A K 5.50300.53
?五、水轮机的选择 ?水轮机选型设计是水电站设计中的一项重要工作，也是本课程的重点内容之一 ?水轮机选型设计的原则 ?水轮机选型设计要求提供的基本资料 ?最大工作水头、最小工作水头、加权平均水头 ?水电站引用流量 ?水电站装机容量
?水轮机选型设计的主要内容 ?水轮机台数确定 ?水轮机型号与装置形式选定 ?水轮机直径、额定转速、最大允许吸出高度的确定?绘制水轮机运转综合特性曲线 ?机组台数的选择 ?与水轮机类型的关系 ?与水电站在电力系统中担任负荷类型的关系 ?与供电可靠性的关系 ?与水电站造价的关系 ?综合考虑确定机组台数
?水轮机型号选择 ?利用水轮机系列型谱图表选型 ?图5-20：中小型反击式水轮机使用范围图以及表5-4：8个转轮型谱参数 ?表5-5：水斗式水轮机型谱资料 ?表5-6：500kW以下水轮机型谱资料 ?采用套用机组和通用机型选型 ?《小型水电站机电设计手册》（水力机械）
?反击式水轮机主要参数选择 ?用系列水轮机应用范围图选择直径、转速和吸出高度 (图5-21：HL220；图5-22：HL260；图5-23：ZD760） ?用主要综合特性曲线选择直径、转速和吸出高度 ?选择转轮标称直径 ?计算效率修正值 ?选择水轮机转速 ?计算水轮机的额定出力 ?绘制方块图，确定水轮机的工作范围 ?计算吸出高度，确定水轮机安装高程 ?水轮机选择方案的分析比较
?水斗式水轮机主要参数的选择?系列水轮机应用范围图方法 ?公式计算方法
第六章、水轮机的调速设备 ?一、水轮机调节的任务 ?调速器 ?电能质量频率基本稳定的要求即为机组转速基本稳定的要求 ?实际机组转动部件的动力矩与阻力矩是变化的，两者之差一般 不等于零，导致角加速度不等于零，从而转速变化 ?由于电力负荷变化，从而阻力矩变化，要使角加速度为零，则 必须改变动力矩。反击式水轮机通过调节导叶开度即调节过流 量来改变；冲击式水轮机通过调节喷针（针阀）来改变。 水电站HYDROPOWER ENGINEERING
SK32 THRU SK3200SURFACE MOUNT SCHOTTKY BARRIER RECTIFIER Reverse Voltage - 20 to 200 Volts Forward Current - 3.0 Amperes
RATINGS AND CHARACTERISTIC CURVES SK32 THRU SK3200 0.1 1.0 10 100 0.01 0.1 1 10 100 100 10 1 0.1 REVERSE VOLTAGE,VOLTS t,PULSE DURATION,sec. FIG. 5-TYPICAL JUNCTION CAPACITANCE FIG. 6-TYPICAL TRANSIENT THERMAL IMPEDANCE NUMBER OF CYCLES AT 60 Hz FIG. 2-MAXIMUM NON-REPETITIVE PEAK FORWARD FIG. 1- FORWARD CURRENT DERATING CURVE A V E R A G E F O R W A R D R E C T I F I E D C U R R E N T ,A M P E R E S J U N C T I O N C A P A C I T A N C E , p F P E A K F O R W A R D S U R G E C U R R E N T ,A M P E R E S 100 10 1 0.1 0.01 0.001 PERCENT OF PEAK REVERSE VOLTAGE,% FIG. 4-TYPICAL REVERSE CHARACTERISTICS I N S T A N T A N E O U S R E V E R S E C U R R E N T ,M I L L I A M P E R E S T R A N S I E N T T H E R M A L I M P E D A N C E ,C /W AMBIENT TEMPERATURE, C FIG. 3-TYPICAL INSTANTANEOUS FORWARD CHARACTERISTICS I N S T A N T A N E O U S F O R W A R D C U R R E N T ,A M P E R E S INSTANTANEOUS FORWARD VOLEAGE, VOLTS 50 10.0 1 0.1 0.01
肖特基二极管原理 肖特基势垒二极管SBD（Schottky Barrier Diode，简称肖特基二极管）是近年来间世的低功耗、大电流、超高速半导体器件。其反向恢复时间极短（可以小到几纳秒），正向导通压降仅0.4V左右，而整流电流却可达到几千安培。这些优良特性是快恢复二极管所无法比拟的。中、小功率肖特基整流二极管大多采用封装形式。 基本原理是：在金属（例如铅）和半导体（N型硅片）的接触面上，形成肖特基势垒来阻挡反向电压。肖特基与PN结的整流作用原理有根本性的差异。其耐压程度只有40V左右。其特长是：开关速度非常快：反向恢复时间特别地短。因此，能制作开关二极和低压大电流整流二极管。 肖特基二极管（Schottky Barrier Diode)是具有肖特基特性的“金属半导体结”的二极管。其正向起始电压较低。其金属层除钨材料外，还可以采用金、钼、镍、钛等材料。其半导体材料采用硅或砷化镓，多为N型半导体。这种器件是由多数载流子导电的，所以，其反向饱和电流较以少数载流子导电的PN结大得多。由于肖特基二极管中少数载流子的存贮效应甚微，所以其频响仅为RC时间常数限制，因而，它是高频和快速开关的理想器件。其工作频率可达100GHz。并且，MIS（金属－绝缘体－半导体）肖特基二极管可以用来制作太阳能电池或发光二极管。 肖特基二极管利用金属与半导体接触所形成的势垒对电流进行控制。它的主要特点是具有较低的正向压降（0.3V至0.6V）；另外它是多子参与导电，这就比少子器件有更快的反应速度。肖特基二极管常用在门电路中作为三极管集电极的箝位二极管，以防止三极管因进入饱和状态而降低开关速度 肖特基二极管是贵金属（金、银、铝、铂等）A为正极，以N型半导体B 为负极，利用二者接触面上形成的势垒具有整流特性而制成的金属-半导体器件。因为N型半导体中存在着大量的电子，贵金属中仅有极少量的自由电子，所以电子便从浓度高的B中向浓度低的A中扩散。显然，金属A中没有空穴，也就不存在空穴自A向B的扩散运动。随着电子不断从B扩散到A，B表面电子浓度表面逐渐降低，表面电中性被破坏，于是就形成势垒，其电场方向为B→A。但在该电场作用之下，A中的电子也会产生从A→B的漂移运动，从而消弱了由于扩散