整流用ショットキーダイオード

整流用ショットキーダイオードとは

整流用ショットキーダイオードとは、交流電圧を直流に変換するために使用されるダイオードの1種です。

一般的な整流ダイオードと比較して、ショットキーダイオードはより高速なスイッチング特性と低い逆方向漏れ電流特性を持ち、効率的な電力変換が可能です。ショットキーダイオードは、通常は金属とn型半導体の接合から構成されます。

この接合はショットキーバリアと呼ばれる電子のバリアを形成し、高速スイッチングを実現します。また、ショットキーダイオードは低い順方向電圧降下を持つため、電力損失を抑えることが可能です。

整流用ショットキーダイオードは、高周波整流回路やパワーエレクトロニクス、電力変換装置などのアプリケーションで広く使用されています。特に高速スイッチングが必要な場合やエネルギー効率が重要な要素となる用途に適したものです。

最近は、DC/DCコンバータのスイッチング周波数が高くなっていますが、その整流回路ではショットキーダイオードの特徴が活かせることから、PN接合のダイオードに代えて採用されています。

整流用ショットキーダイオードは、ショットキーバリアと呼ばれる特殊な接合を持つ半導体デバイスです。ショットキーダイオードの原理は、ショットキーバリアの以下のような特性に基づいています。

一般的なPN接合のダイオードとは異なり、ショットキーダイオードは金属とn型半導体の接合を持ち、この接合によって形成されるショットキーバリアは、電子に対するバリア (障壁) となります。
ショットキーバリアでは、金属側と半導体側の間に電子が移動する際にバリアを越えなければなりません。バリアの高さは、金属と半導体の種類や物性に依存しますが、このバリア高さによりショットキーダイオードの特性が決まります。
ショットキーダイオードに順方向バイアスを印加すると、容易にバリアを越えて電子が移動できるようになります。その結果、ショットキーダイオードは非常に低い順方向電圧降下を示します。
逆方向バイアス印加時にはバリアがより高くなり、逆方向電流が減少します。

順方向電圧降下が少ないことから、低損失で交流電圧を直流に変換することができます。

整流用ショットキーダイオードは、見た目は一般の整流用ダイオードと同じように見えます。しかし、下記のような点が大きく異なります。

PN接合による一般の整流用ダイオードの場合おおよそ0.6～0.7V程度であるのに対して、整流用ショットキーダイオードの場合0.2～0.3Vです。したがって、極力電圧降下を発生させたくない部分で使用すると効果的です。

ダイオードがオン状態から完全にオフ状態に切り替わるまでの逆回復時間が非常に短いことから、高周波の整流回路に良く使われます。

逆方向電流 (漏れ電流) が一般のダイオードと比較して大きいため、熱暴走による破壊を起こすことがあります。逆方向電圧が高くなる場合、その電圧と逆方向電流の積が熱となってダイオード内部が発熱するので、逆方向電流が大きいショットキーダイオードは熱暴走によるデバイス破壊が発生しやすいです。

従って、整流用ショットキーダイオードの持つ利点と同様に欠点を十分に考慮した回路設計が必要です。

整流用ショットキーダイオードには、以下の種類があります。用途に合わせて選択され、電子回路や電力制御装置など様々なアプリケーションで使用されています。

一般的な整流目的で使用される標準的なショットキーダイオードです。

高速スイッチングが必要なアプリケーションに使用されるもので、より速い反応速度を持ち、高周波数での動作が可能です。

低い順方向電圧降下を持つダイオードで、低電力アプリケーションに適しています。但し、逆方向電流が大きくなる傾向があります。

非常に低い逆方向漏れ電流を持つダイオードで、高精度な測定や感度の要求が厳しいアプリケーションに適しています。但し、順方向電圧が高くなる傾向があります。

複数のショットキーダイオードを1つのパッケージに統合したものです。主に高密度実装や高電流アプリケーションに使用されます。

参考文献
https://www.matsusada.co.jp/column/diode.html
https://kurashi-no.jp/I0021164
http://www.nteku.com/diode/silicon_diode.aspx
https://detail-infomation.com/diode-type/
https://www.rohm.co.jp/electronics-basics/diodes/di_what5