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肖特基SCHOTTKY系列二极管

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）VF正向压降ForwardVoltageDrop

（2）VFM最大正向压降MaximumForwardVoltageDrop

（3）VBR反向击穿电压BreakdownVoltage

（4）VRMS能承受的反向有效值电压RMSInputVoltage

（5）VRWM反向峰值工作电压WorkingPeakReverse

Voltage

（6）VDC最大直流截止电压MaximumDCBlocking

Voltage

（7）Trr反向恢复时间ReverseRecoveryTime

（8）IF（AV）正向电流ForwardCurrent

（9）IFSM最大正向浪涌电流MaximumForwardSurge

Current

（10）IR反向电流ReverseCurrent

（11）TA环境温度或自由空气温度AmbientTemperature

（12）TJ工作结温OperatingJunctionTemperature

（13）TSTG储存温度StorageTemperatureRange

（16）TC管子壳温CaseTemperature

一．肖特基二极管简介：

同普通硅二极管一样，肖特基二极管也是具有单向导电特性的硅二极管。

不同的是，普通二极管的工作是利用半导体PN结的单向导电特性，而肖特基二极管则是利用金属和半导体接触产生的势垒而起到单向导电作用，它是以多数载流子工作的整流器件，因而在开关时没有少数载流子的存储电荷和移动效应。

所以，肖特基二极管的开关速度非常快，反向恢复时间trr很短（小于几十ns）；同时，其正向压降VF较小，尤其适用于高速开关电路和低压大电流输出电路，具有较高的整流效率和可靠性。

但肖特基二极管也有两个缺点，一是反向耐压VR较低，一般只有100V左右；二是反向漏电流IR较大。

但随着半导体技术的不断发展，VR已超过100V，如我所生产的2DK10140，VR为140V；IR也达到μA级，已接近普通硅管的水平。

二．我所肖特基二极管的生产状况：

我所研制和生产肖特基二极管已有十余年的历史,并为重要军工项目成功地提供了许多种类的肖特基产品。

目前济半所的肖特基二极管在种类和产量上均据国内第一位，产品畅销国内外。

近年来，为了最大程度地满足军工配套的各种需求，扩大产量，面向国内外两大市场，我们对原肖特基二极管生产线实施了技术改造，引进了许多关键设备和工艺技术，突破了许多技术难点，使产品的成品率、电参数性能以及可靠性均有大幅度的提高，品种及封装形式已形成系列化。

在产品的研制、生产、检验过程中，我们严格按照军用标准和ISO9002国际质保体系的要求进行管理，使产品质量在生产过程中的每一个环节都得到良好的控制。

我所的国家级军用产品实验室，能对产品的各种性能进行测试。

任何岗位的员工上岗前都经过严格的培训，这些都确保我们能提供高品质的产品。

目前，我们能提供电流从几十mA到50A，电压从20V到一百多伏的肖特基产品。

并能提供下面的封装形式。

玻璃封装：

DO-35、DO-41,DO-7,MELF,MiniMELF;金属封装,TO-247等；塑料树脂封装R-1、DO-41、DO-15、DO-201AD、TO-220、TO-3P、SMA、SMB、Mini、Smini等。

我所生产的军品级和工业品级的肖特基系列产品，已广泛应用于航空、航天设备、计算机设备、通讯设备等领域。

能用于高速开关电路，低压高频整流电路，信号检波、混频电路，IC&MOS静电保护电路，供电电源隔离电路和极性保护电路。

整机产品如开关电源、电子变压器、传感器、电话机等。

三．我所肖特基二极管的种类

（1）军用产品：

2DK030，2DK035，2DK12，2DK13,2DK14,2DK15,2DK16

2DK5100，2DK10100，2DK10140,2DK30100，1N60等

（2）一般工业用产品：

1N60，1N60P（IF（AV）=30-50mA,VR=40-45V）

1A系列1N5817-1N5819，SR120-SR1A0

1.5A系列SR13-SR19

2A系列SR220-SR2A0

3A系列1N5820-1N5822,SR320-SR3A0

5A系列SR520-SR5A0

8A系列SR820-SR860

10A系列SR1020-SR1060

16A系列SR1620-SR1660

20A系列SR2020-SR2060

30A系列SR3020-SR3060

40A系列SR4030-SR4060

50A系列SR5030-SR5060

四．我所肖特基二极管的特点和性能质量分析：

在通常情况下，一般采用金属—半导体接触来形成肖特基势垒，但是由于金属与半导体接触时，接触界面之间SiO2层的存在，使得接触电阻和表面态密度明显增大，致使器件的性能大大降低，为了解决这个问题，我们采用近十年国外研究的一项新工艺技术—金属硅化物—硅接触势垒工艺，形成了非常可靠且重复的肖特基势垒。

此外为了解决上层电极金属与硅化物层的兼容问题以及相互扩散和反应问题，我们采用了扩散势垒和多层金属化技术，为了提高反向性能，采用了保护环结构等新工艺技术。

由于我们采用了多项国内外新工艺技术，使器件的常温电参数和高温性能及反向抗浪涌冲击的能力等可靠性能标有了明显的提高。

其特点总结如下：

（1）采用保护环结构

（2）VF低，IR小

（3）硬击穿特性

（4）高温特性好

（5）低损耗，高效率

下面是本所制造的肖特基二极管的特性：

1．直流电参数：

按GB4032整流二极管总技术条件和测试方法，对产品主要电参数进行测试，表1、表2分别列出2DK10100和2DK1640的主要电参数，并与国外公司的同类产品10CTQ140、16CTQ140作了比较。

由表1、表2可以看出，本所制造的肖特基二极管的电参数水平已达到了国外公司同类产品的水平。

表12DK10100实测平均值与10CTQ140参数值的比较

参数

型号

VRWM

IFM

℃

VFM

IFSM

IRM

TA=125℃

TJmax

℃

2DK10100

140

68．7

0．80

150

10CTQ140

140

121

0．80

150

表22DK1640实测平均值与16CTQ060参数值的比较

参数

型号

VRWM

IFM

℃

VFM

IFSM

IRM

TA=125℃

TJmax

℃

2DK1640

64．4

0．60

242

7．5

150

16CTQ060

120

0．60

242

150

2．技改前后常温反向漏电特性及反向抗烧毁能力的检查

常温下检查了反向漏电特性，并对样品进行了破坏性物理实验，以检

查肖特基势垒的反向抗烧毁能力，测试结果列于表3。

表3技改前后产品的反向特性及抗烧毁能力的比较

工艺内容

项目

技改后

（目前）

技改前

反向漏电流

硬击穿特性曲线，常温漏电流极小，为0.2—0.3mA

典型软击穿曲线，常温漏电流较大，为10mA以上。

肖特基势垒结承受反向击穿电流能力

200mA击穿电流下，特性曲线稳定，不出现漏电流变大，曲线变软以及蠕变沟道、鼓泡、穿通等失效模式。

300—400mA击穿电流下，出现漏电流变大，曲线变软，但当击穿电流下降到200mA时，击穿特性恢复到原始曲线。

小于50mA击穿电流下特征曲线较稳定，不出现蠕变、沟道、穿通等失效模式。

50—130mA击穿电流下特征曲线不稳定，出现穿通失效模式，当出现击穿电流下降，击穿特性不可恢复。

结论

势垒结反向抗烧毁能力已达到国外同类产品质量的先进水平。

势垒结反向抗烧毁能力与国外同类产品质量相差较大。

3．高温反向漏电流的检查

将目前产品2DK1630、技改前的产品2DK13F以及从国外进口封装成的管子SR1630各15支，分别测试了高温反向漏电流，结果为表4、表5。

经查阅，与2DK1630对应的国外同类产品为15CTQ030，其高温（125℃）反向漏电流为70mA，对照表4、表5，结论如下：

1技改后的产品与技改前的产品比较，高温反向漏电流低1—2个

数量级。

2技改后的芯片与从台湾进口的芯片一起封装后，在100℃下测试

高温反向性能已达到国外同类产品的先进水平。

表42DK1630与2DK13F的高温反向漏电流比较（VR=30V）

样品号

2DK1630

2DK13F

IR1

TJ=25℃

IR2

TJ=55℃

IR3

TJ=75℃

IR4

TJ=100℃

IR5

TJ=125℃

100℃

表5台湾芯片封装成SR1630高温反向漏电流（VR=30V）

样品号

SR1630

IR1

TJ=25℃

IR2

TJ=55℃

IR3

TJ=75℃

IR4

TJ=100℃

115

118

备注：

当温度为125℃时，由于反向漏电流太大，无法测出。

可以看出，我所肖特基二极管产品的常温电参数性能以及高温电性能、

正反向抗烧毁能力等可靠性指标均已达到国际先进水平，可以满足军工产

品的需要。

五．介绍我所生产的两种肖特基二极管：

1．2DK030小电流肖特基二极管

（1）概述：

2DK030是为替代2AK、2AP锗二极管系列产品而开发设计的肖特基二极管。

由于锗管温度特性较差，已满足不了重点工程电子系统的高可靠的要求。

普通的硅开关整流二极管虽有良好的温度特性，但其正向压降VF比锗管高，功耗大，也不具有高的开关速度。

为此，我们开发了2DK030硅肖特基二极管，其VF低（小于锗管的VF）、功耗小、反向恢复快、转化效率高，并且温度特性优于锗二极管，完全可以代替相应规格的锗二极管。

（2）2DK030肖特基二极管的设计指标（合同号:

QJ/01RBJ018—97）

VF≤0。

3V测试条件IF=20mA

VBR≥30V

IR1≤5μA测试条件VR=10V，TA=25℃

IR2≤200μA测试条件VR=10V，TA=85℃

IFSM=600mA

工作环境温度范围：

-55℃TO+100℃

（3）2DK030型肖特基二极管执行的标准

该产品的详细规范QJ/01RBJ018—97是根据与航天总公司某院签定的9704Q004经济技术合同要求，按照国标GJB33〈〈半导体分立器件总规范〉〉、GJB128〈〈半导体分立器件试验方法〉〉的具体规定制订的、并经电子部标准化所确定后，作为新品的企业军用标准。

质量一致型检验项目的所有A组、B组和C组的要求、试验方法与抽样方案均与GJB33和GJB128的要求相一致，保证了产品具有良好的开关特性、温度特性和正向电压低的特点，可靠性达到国军标要求的质量保证等级。

（4）2DK030肖特基二极管的主要研制特点

A．设计特点

该管在设计中采用了势垒高度фB较低的金属，并尽量减小理想因子П值。

因为φB决定了伏安特性曲线的上升阈值，而П值决定了电流随电压上升的快慢。

适当调整工艺，使之形成富硅硅化物的肖特基的势垒接触，以达到正向电压阈值低、曲线起始上升快的目标。

B．结构特点

该管设计和采用的零部件及组装均符合GB7581《半导体分立器件外形尺寸》的标准要求，为减小封装串联电阻，降低正向压降，尽量加大了引线与芯片的接触面积。

采用了宽“S”形弯曲触须压力接触的镀金上引线，增强了抗浪涌电流的冲击能力。

用美军标准规定的DO-7玻壳封装，轴向引线，壳体透明，具有体积小、重量轻、可靠性高的特点。

C．工艺与设备特点

形成富硅硅化物势垒接触的工艺技术是影响该管电参数性能及可靠性的关键所在。

通过大量的优化实验，对溅射和退火等关键工艺的参数和条件进行了优化，选出了最佳的工艺方案，以达到最佳势垒金属厚度和形成最佳表面，使管芯获得最好的电参数性能及较高的成品率。

封装前对芯片进行100%的镜检，剔除有缺陷的芯片，采用从美国进口的BTU链式烧结炉和LORLIN计算机测试系统与其他符合美军标DO-7的封装生产线，使用低温烧结，高纯氮保护和不锈钢夹具等，保证了环境的洁净度和工艺的稳定性，大大提高了产品的封装成品率。

D．管理特点

该产品的设计制造按ISO9002标准和“七专”产品管理办法进行生

产技术质量管理。

（5）2DK030与1N5818的比较,如表6所示：

表62DK030与1N5818的参数比较表

参数

型号

VBR

（V）

（mA）

IF=0.02A

（V）

VF2

IF2=0.1A

（V）

VF3

IF3=1.0A

（V）

封装

形式

2DK030

≥30

≤0.3

≤0.33

≤0.56

DO-7

1N5818

≥30

≤0.33

≤0.55

DO-41

（6）2DK030型肖特基二极管应用

2DK030型肖特基二极管因其优良特点而应用范围很广。

A.由于该二极管的正向压降低、功耗小、反向恢复快、转换效率高，可应用于通信设备、遥测系统及各种控制机器中作调制、解调、限制、逻辑、整流等部分；B.其大电流特性好、响应快，可广泛在开关、整流线路中直接替代2AK、2AP系列锗二极管；C.由于该型二极管承受反向脉冲能量冲击及高温特性好，该管可应用在外界环境变化较大的场合中。

（7）2DK030型肖特基二极管的性能实验结果

根据用户需要，该管按产品详细规范的企业军标规定进行了实测，结果如下：

A.产品的主要常温性能参数测量结果

按详细规范的规定，对该产品的正向电压VFM、反向漏电流IR、击穿电压VBR和反向恢复时间Trr等参数在常温下进行了测量，结果如表7所示：

表72DK030型产品主要参数测量结果

参数

名称

VFM1

（V）

VFM2

（V）

VFM3

（V）

IR1

（μA）

IR2

（μA）

VBR

（V）

trr

（ns）

测试

条件

IF=20

IF=100mA

IF=1000

IR1=10V

VR2=30

IR=1

IF=0.1A

规范值

≤0.30

≤5

≥30

≤20

平均值

0.29

0.35

0.75

1.42

2.47

B.承受反向脉冲能量冲击试验

该项试验是依据MIL标准规定的方法和客户对质量的要求，在肖特基二极管的击穿状态下进行测量的。

试验线路的集中电感量为1mH，可调电源VCC为10V，工作电流IO为1。

0A。

将2DK030型管接入该试验线路后再输入脉宽为2μs的10V脉冲电压，在10个脉冲周期冲击下进行测量，保证试验合格。

这时通过该肖特基二极管的反向脉冲电流能量为1.0XVBR。

该项试验是考核肖特基二极管的感性负载条件下使用时的可靠性，确保该管能承受1.0A、2μs、10个周期的反向脉冲能量的冲击。

C.高温性能

2DK030型肖特基二极管的高温性能测量结果，如表8所示：

表82DK030型产品的高温性能测量结果

反向电流

IR2

（μA）

IR3

（μA）

IR5

（μA）

IR5

（μA）

IR6

（μA）

IR7

（mA）

IR8

（mA）

测试条件

VR=30V

TA=50℃

VR=10V

TA=85℃

VR=30V

TA=85℃

VR=10V

TA=100℃

VR=30V

TA=100℃

VR=10V

TA=125℃

VR=30V

TA=125℃

最大值

150

330

400

800

1.5

4.5

最小值

180

250

450

0.90

2.5

平均值

20.7

109

230

295

585

1.14

3.26

标准离差

3.64

16.0

39.4

36.7

76.7

0.183

0.567

产品在VR为10V，TA为85℃的条件下，IR≤200μA的测量结果，达到了产品详细规范的条件。

从高温测试情况来看，当TA在85℃和100℃的条件下，该产品的高温漏电流基本稳定，则将产品的最高结温TJMAX定为100℃。

当TA在125℃条件下，VR为10V时，高温漏电流会出现不稳定的上漂，所以产品使用在125℃状态下，其稳定性得不到保证。

（8）2DK030与2AK、2AP系列产品特性的比较

2DK030型玻封肖特基二极管与2AK18—20型锗金键二极管的性能比较如表9所示,与2AP1-7型锗二极管的比较如表10所示。

表92DK030型管与2AK18—20型管主要性能对比

型号

2DK

030

2AK

18-20

2DK

030

2AK

18-20

2DK

030

2AK

18-20

2DK

030

2AK

18-20

参数

名称

VF（V）

IR1（μA）

Trr（ns）

Tc（℃）

测量

条件

IF=100mA

IF=100

VR=10V

TA=25℃

VR=10V

TA=25℃

IF=0.1mA

IF=10

规定值

≤0.30

≤0.65

≤5

≤20

≤100

-55to

+100

-55to

+75

表102DK030与2AP1-7型管的比较

型号

2DK

030

2AP

1-7

2DK

030

2AP

1-7

2DK

030

2AP

1-7

2DK

030

2AP

1-7

参数

名称

VF（V）

IR（μA）

VBR（V）

TC（℃）

测量

条件

IF=100mA

IF=2.5-7.5mA

VR=10V

TA=25℃

VR=10V

TA=25℃

IR=1mA

IR=500

μA

规定值

≤0.30

≤1

≤5

≤200

≥30

≥40

-55to+100

-55to+70

从以上对比可以看出，2DK030玻封肖特基二极管的主要参数性能普遍好于2AK、2AP系列锗二极管,代替它们是完全可行有效的。

（9）结论

我所生产的玻封肖特基二极管2DK030的常温电参数和高温性能普遍优于锗二极管。

特别是正向压降、使用结温、开关性能和反向漏电流等指标都大大超过了锗二极管，同时我们采用了可靠性设计，使2DK030的抗反向脉冲浪涌电流的能力增强，采用D0-7玻璃管封装结构，体积小，重量轻，可靠性高，从根本上防止和消除了锗二极管的敲变失效模式。

本品可以广泛在开关、整流线路中直接代替2AK、2AP系列锗二极管，使相关功能单元更加安全可靠。

航天704所、210所、703所1997年下半年开始在长征Ⅱ、Ⅲ运载火箭和921-3初样工程中已全部用2DK0308000余只替代2AP和2AK锗金键二极管，产品镜单板、整机试验和型号发射中广泛使用，产品电性能、可靠性能够满足航天使用需要。

98年、99年在921-3初样各项电性能、可靠性试验合格，将正式运用于921-3正样，已经订货4000余只，受到航天总公司一院设计和可靠性工程技术人员的良好评价。

2.1N60超高速肖特基二极管

1N60是我所最新设计开发的超高速肖特基二极管，与其同规格的锗管相比，具有正向压降低、击穿特性稳定、漏电小、反向恢复时间短、能承受大的浪涌电流等特点，它弥补了锗管承受电流小、不抗冲击及温度特性不良的弱点。

同时具有较小的结电容，有着较高的工作频率。

器件内引线接触面积大，比锗检波器件引线点接触具有更好的抗震动抗冲击能力。

器件采用DO-35封装，体积小，安装方便。

该产品用途广泛，可用于信号检波电路，超高速开关电路，有较高的检波效率和较好的线性特。

同时也可用于MOS&IC的静电保护电路，双电源供电系统隔离电路等方面。

其在军工产品方面有极广阔的发展潜力，欢迎选购使用。

1N60主要电参数见附页。

下面是1N60样品的测试情况。

为了验证1N60的质量一致性，我所检验处例行试验室按Q/01RBJ043产品详细规范进行A、B、C三组质量一致性检验，实验结果如下：

表111N60VF、VBR测试结果（10只样品）

测量参数

VFM1

VFM2

IR1

VBR

测

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