ショットキー ダイオードは、ショットキーを使用して金属または半導体の接触面の逆電圧をブロックし、電流が一方向に伝導できるようにします。 従来のダイオードとは異なり、ショットキーと PN 接合の構造は大きく異なります。 ファストリカバリダイオードは、その名の通り、逆方向の時間を素早く回復できる半導体ダイオードです。 本稿では、ショットキーダイオードとファストリカバリダイオードの違いを構造と性能特性の面から紹介します。
ショットキー ダイオード
ショットキー特性を持つ「金属半導体接合」のダイオードです。 その順方向始動電圧は低いです。 タングステンに加えて、金属層は金、モリブデン、ニッケル、チタンなどの材料で作ることもできます。 半導体材料は、シリコンまたはガリウム砒素です。 この種のデバイスは、ほとんどのキャリアが導通するため、その逆方向飽和電流は、少数のキャリアが導通する PN 接合の逆方向飽和電流よりもはるかに大きくなります。 ショットキー ダイオードの少数キャリアの蓄積効果は非常に小さいため、その周波数応答は RC 時定数によってのみ制限されるため、高周波および高速スイッチングに理想的なデバイスです。 その動作周波数は 100GHz に達することがあります。 また、MIS (金属絶縁体半導体) ショットキー ダイオードは、太陽電池や発光ダイオードに使用できます。
構造原理
要約すると、ショットキー整流器の構造原理は、PN接合整流器の構造原理とは大きく異なります。 PN接合整流器は通常接合整流器と呼ばれ、金属半管整流器はショットキー整流器と呼ばれます。 近年、シリコン プレーナ技術によって製造されたアルミニウム シリコン ショットキー ダイオードも開発されました。これは、貴金属を節約するだけでなく、コストを大幅に削減するだけでなく、パラメータの一貫性も向上させます。
ショットキー整流器は、1 つのキャリア (電子) のみを使用して電荷を輸送し、ポテンシャル バリアの外側に過剰な少数キャリアが蓄積することはありません。 したがって、電荷蓄積の問題（qrr → 0）がなく、スイッチング特性が大幅に改善されます。 逆回復時間を10ns以下に短縮できます。 ただし、逆方向耐電圧値は比較的低く、一般に 100V 以下です。 したがって、低電圧、大電流での作業に適しています。 低電圧、大電流の整流（またはフリーホイール）回路の効率は、低電圧降下の特性を利用して改善できます。
高速回復ダイオード
高速回復ダイオードとは、逆回復時間が短い (5us 未満) ダイオードを指します。 その過程で金ドーピング対策が採用されています。 構造によってはPN接合構造を採用したものと改良ピン構造を採用したものがあります。 その順方向電圧降下は通常のダイオード (1-2v) より高く、逆方向電圧耐量はほとんど 1200V 未満です。 パフォーマンスに関しては、高速リカバリと超高速リカバリの 2 つのレベルに分けることができます。 前者の逆回復時間は数百ナノ秒以上ですが、後者は100ナノ秒未満です。
ショットキー ダイオードは、金属と半導体の接触によって形成されるポテンシャル バリアに基づくダイオードです。 略してショットキーダイオードと呼ばれます。 順方向電圧降下 ({{0}}.4-1.0v)、逆回復時間 (0-10 ナノ秒)、逆方向漏れ電流が大きく、耐圧が低く、通常は 150V 未満です。 主に低電圧の場合に使用されます。
ショットキー ダイオードとファスト リカバリ ダイオードは、スイッチング電源で一般的に使用されます。 違いは、前者の回復時間は後者の約 100 分の 1 であり、前者の逆回復時間は数ナノ秒程度です。 前者には、低消費電力、大電流、超高速という利点があります。
ファストリカバリダイオードの製造工程では、金ドーピングや単純拡散などのプロセスを採用しており、高速スイッチングと高耐圧が得られます。 現在、インバータ電源の整流素子には主にファストリカバリダイオードが使用されています。
逆回復時間
逆回復時間とは？ 外付けダイオードの電圧が順方向から逆方向に過渡的に変化する場合、デバイスに流れる電流を順方向電流から逆方向電流に過渡的に変換することはできません。 このとき、順方向に注入された少数キャリア（正孔）は、空間電荷領域の強い電界によって引き抜かれます。 これらの正孔の密度は、ベース領域の平衡正孔密度よりも高いため、逆バイアス モーメントで逆リーク電流よりもはるかに大きな逆電流、つまり逆回復電流 IRM が発生します。 同時に、同時計数プロセスの強化は、これらの追加キャリア密度の減少も加速します。 ベース領域に蓄積された付加キャリアが完全になくなるまで、逆方向電流は減少し、逆方向リーク電流に安定します。 プロセス全体にかかる時間が逆回復時間です。
逆回復時間 TRR は、電流が順方向から指定された低い値までゼロ点を通過する時間間隔として定義されます。 高周波フリーホイーリングおよび整流デバイスの性能を測定する重要な技術指標です。
ファストリカバリダイオードと超高速リカバリダイオードの構造特性
ファストリカバリダイオードは、通常のダイオードとは内部構造が異なります。 これは、ｐ型シリコン材料とｎ型シリコン材料との間にベース領域Ｉを追加して、ｐｉｎシリコンチップを形成する。 ベース領域が非常に薄く、逆回復電荷が非常に小さいため、TRR 値が大幅に減少するだけでなく、過渡的な順方向電圧降下も減少するため、真空管は高い逆動作電圧に耐えることができます。 高速回復ダイオードの逆回復時間は一般に数百ナノ秒、順方向電圧降下は約 0.6V、順方向電流は数アンペアから数千アンペア、逆ピーク電圧は数百から数千ボルト。 超高速リカバリダイオードの逆回復電荷をさらに低減し、TRRを数十ナノ秒まで低減。
20A 未満の高速リカバリおよび超高速リカバリ ダイオードのほとんどは、TO-220 パッケージの形式になっています。 内部構造の観点から、単管と対向管（二重管とも呼ばれます）に分けることができます。 一対の真空管内には 2 つの高速回復ダイオードがあります。 2つのダイオードの異なる接続方法に応じて、チューブへの共通カソードとチューブへの共通アノードの2つのタイプがあります。 数十 AMP の高速リカバリ ダイオードは、通常、to-3p の金属ケースにパッケージされています。 大容量（数百a～数千a）のチューブは、ボルトタイプやプレートタイプで包装されています。
試験方法
定期試験方法
アマチュアの条件下では、マルチメータは高速リカバリ ダイオードと超高速リカバリ ダイオードの一方向の導電率、および内部に開回路と短絡の障害があるかどうかを検出し、順方向導電電圧降下を測定できます。 メガーを付ければ逆方向耐圧も測定できます。
例: 超高速リカバリ ダイオードを測定します。その主なパラメータは次のとおりです: TRR=35ns、if=5a、IFSM=50a、VRM=700V。 マルチメータを R × に合わせます。ギア 1 では、読み取り順方向抵抗は 6.4l、n=19.5l です。 逆抵抗は無限です。 さらに、VF=0.03V/ × 19.5=0.585V が得られます。 パイプが優れていることを証明します。
注意が必要な事項:
いくつかのシングル チューブには合計 3 つのピンがあり、中央のピンは空のピンで、通常は工場出荷時に切断されますが、切断されないものもあります。
パイプの1つが損傷した場合、それは単一のパイプとして使用できます。
Rは通過圧力降下×1速を測定する場合に使用する必要があります。 R を使用した場合 × 1K ギアでは、テスト電流が小さすぎて、パイプの通常の使用電流よりもはるかに低いため、測定された VF 値は大幅に低くなります。 上記の例では、R を選択した場合 × 1K ギアで測定すると、前進抵抗は 2.2k に等しく、このとき n=9 グリッドです。 計算された VF 値はわずか 0.27v であり、通常の値 (0.6V) よりもはるかに低い値です。
高速リカバリ ダイオードのリカバリ時間は 200-500ns です。
超高速ダイオードの回復時間は 30-100ns です。
ショットキー ダイオードの回復時間は約 10ns です。
また、順方向オン電圧も異なります。 ショットキー < 高速回復 < 高効率。