本文最后更新于 2024-07-07，文章内容可能已经过时。

1、肖特基二极管和硅二极管选型比较

二极管选型相对简单，相信每个硬件工程师，都有对比过肖特基二极管与硅二极管的差异。
差异无非有以下结果：

表中参数，看看就好，并不严格，知道二者之间的相对大小就行了。了解了上面参数，基本就知道什
么电路，该选什么类型的二极管了。
能用硅二极管的地方就用硅二极管，因为价格便宜。
肖特基二极管的优势主要在速度和压降，对这两个没要求的场景，那自然选择更便宜的由硅构成的二
极管。
下面说个在实际工作中可能忽视的点。

1-1、二极管导通电压

提起二极管导通电压，估计脑子里面都是0.7V，形成这个印象其实并不好，有4 点原因。

1、这个0.7V，说的是硅二极管，肖特基二极管要更低。
我们经常使用二极管串联在电源支路上面，防止倒灌。那你担心过二极管上面压降太大吗？

其实你可能没有注意，在对压降有要求的地方，可能用的就是肖特基二极管，它的压降有多低呢？
以英飞凌的BAT60BE237 为例子吧，我截个图给大家看看。

你看，通过10mA 的电流，压降才0.24V。
对于一些小电流防倒灌的场合，电压不能下降太多，肖特基二极管就比较实用了。如果工作电流更小，
可能压降才零点一几伏。
所以，不要看到个电路中串了个二极管，就觉得这个压降是0.7V。
2、导通电压门限，这本身就是个模糊的定义
我们知道二极管的伏安特性曲线是对数关系，那到底是通过1mA 电流时看作开始导通，还是
10mA？100mA？
3、导通电压有时会到1V 以上，不同型号也相差比较大
总会有用到大电流的时候，其实也不用太大，1A 就行。这时硅构成的二极管，它导通电压其实一般
都到1V 左右了。
下图是DIODES 品牌的超快恢复二极管系列，可以看到1A 时，导通电压在1V 以上，其中耐压600V
以上的二极管导通电压都到了1.7V。
4、发光二极管导通压降差异更大

发光二极管也是二极管，不过它的区别就更大了。
发光二极管有多种颜色，他们的导通电压都不相同：例如红色为2V 左右、蓝色约2.8V 左右等等。

1-2、二极管漏电流

这个参数，值得一提的是，肖特基二极管的漏电流，是硅二极管的100 倍左右。
还有一点就是，漏电流与温度有很大的关系。温度越高，漏电流越大。
硅二极管温度越高，漏电流越大，是原因硅二极管的漏电流是由少子决定的，温度越高，本征激发越
强烈，少子浓度会升高，所以漏电流就越大了。
那肖特基二极管为什么温度越高，漏电流也越大呢？这个我尚不清楚。
有图有真相，下面对比下某肖特基二极管和硅二极管的漏电流大小。

可以看到，肖特基二极管漏电流较大，在125 摄氏度时甚至到了5mA。
与此同时，漏电流的大小与温度有很大关系，125℃是25℃的几十倍。
其它几个参数就不细说了，简单提下
反向恢复时间：也是比较重要的参数，这个前面有文章专门讲过，就不再说了。
工作频率：由反向恢复时间决定的。
耐压：记住肖特基二极管耐压值，很难做高就行吧，一般不超过100V，当然，更高的也有，这里只
说常见的。而硅二极管可以做很高。

2、什么决定了二极管的最高工作频率

硬件工程师，应该都用过二极管的吧，不过也许有一个误区，大多数人可能并不知道，或者说是理解
有问题，下面就来细细说下。
估计有不少人会回答是二极管反向恢复时间Trr，也有人会说是二极管结电容，那到底谁是对的呢？
或者说都一样，反向恢复时间由结电容决定？

到底什么决定了二极管的最高工作频率，我们暂且不论，不过需要知道的是，二极管的反向恢复时间
和结电容不是一回事，反向恢复时间绝不能等同于二极管手册中结电容的充放电时间。
为什么我这么说呢？先来看下面事实。

2-1、结电容

二极管会存在寄生电容，这个电容主要就是结电容，这是简单的二极管模型。

2-2、反向恢复时间

实际应用中的二极管，在电压突然反向时，二极管电流并不是很快减小到0，而是会有比较大的反向
电流存在，这个反向电流降低到最大值的0.1 倍所需的时间，就是反向恢复时间。

2-3、实际情况

一般厂家的二极管会给出结电容和反向恢复时间Trr 的参数，我们现在来对比一下4 种不同类型的二极
管参数。
分别为肖特基二极管，超快恢复二极管，快恢复二极管，普通二极管。
为了让结果更有说服力，我们保证4 种二极管的生产厂家，耐压，封装，最大工作电流一致。这里选择
厂家为DIODE 美台半导体（随便选的，它们家的规格书好找），最大反向耐压都为100V，封装都是SMA，最大工作电流为1A。
型号分别是：
肖特基二极管：B1100-13-F
超快恢复二极管：US1B-13-F
快恢复二极管：RS1B-13-F
普通二极管：S1B-13-F

整理了一下，参数如下表：

肖特基二极管的结电容是这里面最大的。肖特基二极管的工作频率不是最高的吗？怎么结电容反而是最大的？
虽然规格书手册中，没有列出来肖特基二极管的反向恢复时间，但是我们应该都知道，它的反向恢复
时间是最小的。
严格来说，肖特基二极管本身的工作原理与硅二极管是不一样的，它是不存在反向恢复时间的。只是
毕竟有寄生电容的存在，所以工作频率也有一个上限。
我们知道，这几种二极管的最高工作频率顺序是下面这样的

而现在我们知道，它们的结电容，肖特基是最大的，为80pF。其它三个二极管差不多，为10pF-
20pF，但是反向恢复时间相互之间差了一个数量级。
另外，我们假设反向恢复时间就是结电容的充电时间，我们可以计算下充满结电容需要的时间是多长。
以快恢复二极管RS1B-13F 为例，其结电容是15pF，反向恢复电流如下图（规格书中提取的）。平均
反向电流大概是0.5A，那么将15pF 从0V 充到-50V 的时间很容易计算出来，是1.5ns，这比实际的反向恢复时间150ns 短很多。

所以可以肯定的是，反向恢复时间的长短，不是由二极管手册标注的那个结电容决定的。

总结
1、如果结电容太大，工作频率高不了。因为频率越高，电容的阻抗越低，信号都从电容直接过去了，
二极管失去了反向截止的作用。
2、如果反向恢复时间太大，工作频率也高不了。因为频率越高，电压翻转越快，反偏之后反向电流
还没恢复，电压又变了，二极管也失去了反向截止的作用。
所以，总的来说，结电容和反向恢复时间，都会影响二极管的最高工作频率。具体由谁决定，那看谁
的影响更大。

肖特基二极管的反向恢复时间很短，所以其工作频率由结电容决定。
硅二极管，其反向恢复时间的影响远大于结电容的影响，结电容一般也就几十pF，因此其最高工作
频率由反向恢复时间决定。
而与此同时，我们知道，肖特基二极管与硅二极管相比，肖特基速度是最快的，可以工作在更高的频
率。

3、二极管结电容和反向恢复时间都是怎么来的

上节内容，主要举例说明了，二极管的反向恢复时间并不等于规格书中结电容的充放电时间。这
个结论是从二极管的规格书参数中直接得来的，并没有正面说明为啥。

二极管是两个管脚的器件，说来不怕丢人，曾误以为：二极管的结电容就是它的两个管脚形成的寄
生电容，因为两个极板放到一起，就构成了一个电容。
当然了，两个管脚确实会形成电容，不过这个电容很小，相比结电容来说，可以忽略不计了。
那结电容到底指的是什么呢？所有的道理，其实都在PN 结里面，我们稍稍深入了解下PN 结，答案
就出来了。
结电容有两种，分别是势垒电容和扩散电容。

势垒电容
我们知道，P 区空穴多，N 区电子多，因为扩散，会在中间形成内建电场区。N 区那边失去电子带正
电荷，P 区那边得到电子带负电荷。

当给PN 结加上稳定的电压，那么稳定后，内建电场区的厚度也会稳定为一个值，也就是说内部电荷
一定。如果PN 结上的电压向反偏的方向增大，那么内建电场区厚度也增加，即内部电荷增多。反之，如果电压减小，那么内部电荷减少。
这样一看，不就和电容充放电现象一样吗？
PN 结两端电压变化，引起积累在中间区域的电荷数量的改变，从而呈现电容效应，这个电容就是势
垒电容。
上面是对结电容的理解，那么这个结电容大小等于多少呢？如下图

我们知道，势垒宽度，也就是内建电场区的宽度，是与电压相关的。所以说，不同的电压下，势垒电
容的大小也是不同的。
所以，当你随意翻开某二极管的规格书，你看到的结电容参数，它会指定测试条件。通常这个条件是
1MHz，电压为-4V（反偏）。

事实表明，二极管在反偏时，势垒电容起主要作用，而正偏时，扩散电容起主要作用。下面看看扩散
电容。
扩散电容
扩散电容：当有外加正向偏压时，在P-N结两侧的少子扩散区内，都有一定的少数载流子的积累，而且他们的密度随着电压而变化，形成一个附加的电容效应，称为扩散电容
当PN结加上正向电压，内部电场区被削弱，因为浓度差异，P区空穴向N区扩散，N区的电子向P区扩散。

扩散的空穴和电子在内部电场区相遇，会有部分空穴和电子复合而消失，也有部分没有消失。没有复
合的空穴和电子穿过内部电场区，空穴进入N 区，电子进入P 区。
进入N 区的空穴，并不是立马和N 区的多子-电子复合消失，而是在一定的距离内，一部分继续扩散，
一部分与N 区的电子复合消失。
显然，N 区中靠近内部电场区处的空穴浓度是最高的，距离N 区越远，浓度越低，因为空穴不断复合
消失。同理，P 区也是一样，浓度随着远离内部电场区而逐渐降低。总体浓度分布如下图所示。

当外部电压稳定不变的时候，最终P 区中的电子，N 区中的空穴浓度也是稳定的。也就是说，P 区中
存储了数量一定的电子，N 区中存储了数量一定的空穴。如果外部电压不变，存储的电子和空穴数量就不会发生变化，也就是说稳定存储了一定的电荷。
但是，如果电压发生变化，比如正向电压降低，电流减小，单位时间内涌入N 区中的空穴也会减小，
这样N 区中空穴浓度必然会降低。同理，P 区中电子浓度也降低。所以，稳定后，存储的电子和空穴的数量想比之前会更少，也就是说存储的电荷就变少了。

这不就是一个电容吗？电压变化，存储的电荷量也发生了变化，跟电容的表现一模一样，这电容就是
扩散电容了。
那这个电容大小是多少呢？

扩散电容随正向偏压按指数规律增加。这也是扩散电容在大的正向偏压下起主要作用的原因。

如上图，二极管的电流也与正向偏压按指数规律增加，所以，扩散电容的大小与电流的大小差不多是
正比的关系。

3-1、问题思考

3-1-1、扩散电容

关于扩散电容，曾经有一个问题比较困扰：为什么是少数载流子的积累呈现电容效应，多子不行吗？
少数载流子，指的是N区中的空穴，P区中的电子。要知道，N区中有更多的电子，就因为P区中的空穴扩散到N区，N区就带正电了？
假如没有扩散作用，N 区中电子是多子，且电子带负电，但是整个N 区是电中性的，因为N 区是硅
原子和正五价原子构成，它们都是中性的。同理P 区中空穴是多子，整体也是电中性的。

现在将N 区和P 区放到一起，并加上正电压，就有了正向电流。N 区的电子向P 区移动，P 区的空穴
向N 区移动，如果电子和空穴都在交界处复合消失，那么N 区和P 区还是电中性的。
但事实是，电子和空穴有的会擦肩而过，电子会在冲进P 区，空穴也会冲进N 区。尽管P 区有很多
空穴，电子进入后也不会马上和空穴复合消失，而是会存在一段时间。这时如果我们看P 区整体，它不再是电中性了，它有了净电荷。电荷数量就是还没有复合的电子数量，也就是少数载流子的数量。同理，N区也有净电荷，为少数载流子空穴的数量。
所以说，扩散电容是少数载流子的积累效应。
事实表明，PN 结正偏的时候，结电容主要是扩散电容，PN 结反偏的时候，结电容主要是势垒电容。

3-1-2、反向恢复时间

由PN 结构成的二极管都会有一个trr 的参数，这个参数就是二极管的反向恢复时间。

从上一节内容我们知道，trr 这个参数决定了二极管的最高工作频率。
反向恢复时间到底是怎么来的呢？

在t＜0 时，二极管接正向电源，正向电流为（Vf-Va）/Rf。
可以想象，此时PN 结处充斥的很多的载流子，也就是存储了很多的电荷。
如果我们开启上帝视角，会发现，整个PN 结，包括内建电场区，到处都有载流子存在。也就是说，
现在整个PN 结相当于是良导体，如果电源迅速反向，电流也是可以迅速反向的。

在t=0 时，二极管接反向电源，但是此时PN 结正偏的特性不会马上改变。
为什么PN 结的正偏特性不会改变呢？
可以这么看，PN 结反偏时内建电场区是基本没有电荷的，很明显，现在存了很多电荷，不把这些电
荷搞掉，正偏特性不会变化的。也可以理解为是结电容导致电压不能突变，电荷没放完，结两端的电压就不会变反向。
与此同时，因为存储了大量电荷，此时PN 结可以看成良导体，电流立马反向，反向电流为（Vr+Va）
/Rr。
不过需要注意，这时电流的成因是少数载流子反向运动的结果，随着时间推移，少数载流子数量是越
来越少的。

在t=ts 时，PN 结中心处少数载流子被消耗光了，此时PN 结的内建电场区开始建立，二极管开始恢
复阻断能力。在这之后，P 区和N 区剩余的载流子已经不能反向运动了，因为中间断了。不过，P 区和N区还有剩余的载流子存在，并不为0，几个时刻的载流子浓度分布如下图。

在t>ts 之后，中间被阻断，那是不是整体电流就立马下降到0 呢？其实不是的，电流还是存在的，
因为P 区和N 区各自剩余的少数载流子并没有达到热平衡，最终会复合消失，这个复合会产生电流。
这个可能不好理解，中间都断了，不允许电荷穿过，怎么还能有电流呢？
我是这么想的，P 区剩余的少数载流子是电子，前面说过，这导致P 区整体看起来带负电。复合完成之后，P 区整体是不带电的，这些电荷必然是慢慢回到了电源，那自然就有了电流。
这类似于电容充放电会形成电流，电容充放电时，两极板中间绝缘，也不会有电荷移动。
所以，尽管中间阻断了，也还是有电流的，只有当重新达到热平衡，复合电流才会为0。
整个过程，电源电压，二极管两端电压，反向电流的波形图如下所示，图中的trr 就是反向恢复时间

如果上网多看看的话，我们有时也会看到这样的图，二极管反向电流最大值的地方并不是平的，并且
二极管两端电压会出现反向尖峰。

那到底哪个图是对的呢？
其实，这个差异，仅仅只是电路的不同。如果看明白前面说的二极管反向恢复电流的形成过程，这个
图也就能理解了。
前面画的波形，我们的电路中串联有电阻，当没有这个电阻的时候，或者说电阻很小的时候。反向电
流会非常大，而从正向电流变为反向电流，这需要时间，这会导致di/dt 非常大。此时，电路中的电感就不能忽略了，因为有电感的存在，导致二极管两端会存在比电源还大的电压，也就是反向电压尖峰。

整个过程如下：

在 t<0 时，电感有正向的电流。
在t=0 时，电源突然反向，因为二极管内部充满电荷，此时相当于导体，所以压降很小，这导致反向电压全都落在了电感上面，因此电流以斜率为di/dt=(Vr+Va)/L 下降。
在t=ts 时，二极管开始恢复阻断能力，此时电流达到最大，随后反向电流会下降。
在t>ts 后，二极管的电流为复合电流，随着载流子越来越少，电流也越来越小。此时电感会阻碍电流变小，因此会产生反向感应电压，这会导致在二极管两侧的反向电压比电源电压还大，也就是会出现反向电压尖峰Vrm。随着时间越来越长，复合电流基本为0 了，电感电压也就基本为0 了，此时二极管两端电压也就等于电源电压Vr。
总的来说，反向恢复时间就是正向导通时PN 结存储的电荷耗尽所需要的时间。
因此，就很容易明白下面这些：
1、反向电源电压越小，反向恢复电流越小，电荷耗尽越慢，反向恢复时间越长。
2、正向电流越大，存储的电荷越多，耗尽时间越长，反向恢复时间越长。
3、半导体材料的载流子复合效率越低，寿命越长，电荷耗尽时间越长，反向恢复时间越长。

4、肖特基二极管的工作原理

肖特基二极管，本质上就是金属和半导体材料接触的时候，在界面半导体处的能带弯曲，形成了肖特
基势垒。

通俗理解
就是金属和半导体（一般是N 型的）接触的时候，电子会从半导体跑到金属里面去。半导体失去电
子，就会带正电，形成空间电荷区（不可移动的正离子构成），这个空间电荷区会阻值电子继续移动，也就形成了肖特基势垒。

当在这个势垒上面加上正向电压（金属电压>半导体电压），那么半导体和金属之间的势垒就降低了。
如此一来呢，电子就会从半导体流向金属，从而形成正向电流。
反之，当加上反向电压，势垒被加大，电流基本为0，也就是说反偏截止了。
这，就是肖特基二极管的工作原理。

4-1、肖特基二极管为什么速度快？

通过我们前面的文章知道，普通二极管的速度慢，其原因就是因为有反向恢复时间，而反向恢复时间
是因为少数载流子的存储作用导致的。
而从肖特基二极管的工作原理可以看出，它只有一种载流子，那就是电子，也是多子。
所以就不存在反向恢复时间了，或者说反向恢复时间很短吧。

4-2、为什么要用肖特基二极管续流

肖特基二极管导通电压更低；
肖特基二极管速度更快，反向恢复时间更小。

二极管实验

这次我们重点关注图中的二极管，当然了，这个二极管一般使用肖特基二极管，图中使用的是
MBR735，也是一个肖特基二极管。
我们看一下二极管的电流和电压波形，如下图：

可以看到，这个肖特基二极管的导通时间是0.5V 左右。
另一方面，二极管在导通到截止切换时，电流有一个向下的脉冲，峰值可以达到-1.2A，这个是反向
电流。
也就是说，二极管存在反向导通的时间，并不能在电压反向时马上截止。
我们把下冲拉开看看，如下图：

大的负电流持续的时间大概是2ns 左右，在6ns 时电流完全降低到0。

1、为什么会有这个负电流呢？

这是因为肖特基二极管存在结电容，这个结电容大概是200pF 左右，比硅二极管要大（硅一般是
20pF 左右，这里的数值仅供参考，不同二极管不同），电容电压发生变化，自然会有充放电发生，就形成了电流。
也有个说法是肖特基二极管也存在反向恢复时间，只不过很短，小于10ns。
不过我的看法是肖特基是不存在反向恢复时间的，因为反向恢复时间一般认为是少数载流子的存储效
应导致的，而肖特基二极管是由肖特基结构成的，不存在少子。但是肖特基二极管它存在结电容，而且这个结电容比硅二极管要大，这个结电容引起的效果有点像是反向恢复时间。
好了，这个定义就不纠结了，总之意思大概就是，肖特基二极管的反向电流会比较小，持续时间也会
比较短。

2、换为超快恢复二极管

电路只将二极管换成了超快恢复二极管MURS320。
从它的手册里面可以知道，反向恢复时间最大是35ns，这在二极管中这已经是相当小的。我们也看
一下它的电流和电压波形。

可以看到，导通电压要更高一些，是0.7V 左右。这个下冲就更明显了，直接达到了-38A 左右，有点
吓人。
我们也把下冲拉开看看。

可以看到，持续的时间大概是5ns 左右。这里可能有一个疑问：前面不是说这个管子反向恢复时间是
35ns 左右吗？怎么现在这么小？
我的想法是，反向恢复时间是在一定条件下测试的，反向电流是有限制的，如下图：

这个boost 电路，肯定跟这个测试电路是不同的，在反向时，并没有什么别的器件能阻碍反向
电流，所以反向电流会比较大。
并且，二极管反向恢复时间，就是正向导通时PN 结存储的少数载流子电荷耗尽所需要的时间。
反向截止之前，正向电流一定，那么存储的电荷就一定。截止切换时，反向电流越大，那么存储的电
荷消耗得就越快，进而导致持续的时间越短，所以我们看起来的反向恢复时间与二极管手册里面有较大区别。