二极管(一)——反向恢复时间

参考：让半导体速度快10倍！肖特基二极管的工作原理？肖特基的反向恢复时间为什么这么短？_哔哩哔哩_bilibili

二极管具有单向导电性，当施加正向电压时，电流可以通过，而加反向电压时，电流会截止。一般认为此时没有电流流过，但是如果我们把时间缩放到微秒级别，可以看见当施加反向电压的一刻，有很大的反向电流，以常用的in4004二级管为例，反向电流存在的时间为2μs，可以理解为反向恢复时间。这一段时间内存在的电流叫反向恢复电流。

如果输入电压的频率很低，比如50Hz的正负脉冲，负脉冲的时间就是1,0000μs,此时二极管2μs的反向恢复时间可以忽略不计。所以二极管可以在50Hz的电路中很好发挥它的单向导电性。

但是如果给它高频率的电压，比如250kHz的正负脉冲，负脉冲的存在时间就是2μs，此时给它加正向电压，就有正向电流流过，它是导通的，但是给反向电压时，由于二极管的反向恢复时间是2μs，所以在负电压的时间内，依旧是导通的，此时二极管不能体现它的单向导电性了，无论是加正向电压还是加反向电压都能导通，所以在高频的场合，普通的二极管会失效。为了使二极管可以工作在高频场合，肖特基博士发明了肖特基二级管，电路符号和普通二极管稍有不同。

肖特基二极管的反向恢复电荷比二极管小很多，可以缩短到10ns以内，可以看一下肖特基二极管和普通二极管的波形对比。即使是在250kHz的频率下，肖特基二极管依旧可以发挥二极管的作用。

二极管的反向恢复电流是怎么来的？为什么在反向的一瞬间会有这么大的反向恢复电流呢？当给二极管加正向电压时，它的空间电荷区很窄，而加反向电压时，空间电荷区变宽，反映在微观上，就是加反向电压后，电场对自由电子有吸引力，很多自由电子被电场吸引向右运动，每一个自由电子都对应一个P原子。因为自由电子跑了，留下P原子变成正离子，所以N区这里的空间电荷区就会变宽，同理P区电荷区也会变宽，这就是一部分反向恢复电流(使得空间电荷区变宽)，叫PN结电流，对应下图中的N区中的多子电子(红色)和P区的多子空穴(蓝色)。除此之外，还有一部分是扩散电流，两种半导体接触，N区的自由电子会一小部分扩散到P区，如果加上正向电压，会有更多的自由电子进入P区，所以P的少子电子的浓度将增大，越靠近交界面的自由电子浓度会增加，而远离交界面的自由电子浓度低。如果突然给反向电压，外电场力开始吸引自由电子向N区漂移，这部分反向恢复电流对应下图中的N区中的少子空穴(蓝色)和P区的少子电子(红色)。反向恢复电流=PN结电流+扩散电流。而肖特基二极管不存在少子漂移的那部分电流。

常规二极管在空间电荷区宽度变化时，相当于电容的充放电过程，称这个电容为势垒电容。还有就是P区扩散到N区的空穴和N区扩散到P区的自由电子的浓度会受到电压的变化，这也相当于一个电容的充放电，称这个电容为扩散电容。要想使二极管截止，必须把这两个结电容里的电荷给消耗完。所以常规二极管的反向恢复时间长。而肖特基二极管只存在一种结电容，就是空间电荷区宽度变化时，相当于电容的充放电，但是它的空间电荷只存在一种离子，远没有常规二极管的势垒电容大。由于肖特基势垒更薄，肖特基的反向耐压很低，一般在100V，同时由于肖特基势垒更薄，流过它的反向漏电流就会比普通二极管大很多。反向漏电流指的是加反向电压时一直存在的电流，漏电流越小越好，这就是肖特基二极管不足的地方。