肖特基漏电流和温度的关系

2017年11月


SKY High-temperature Maximum Rating

对于肖特基器件而言,在反向应用中,功耗,热阻和可能的热崩效应都需要仔细加以考虑。

在稳定的情况下,环境温度,结温,热阻,功耗之间的相互关系如下:

TA(max) = TJ(max) – RθJA * PF(AV) – RθJA * PR(AV) 

这里 TA(max) = 最大允许的环境温度 

        TJ(max) = 最大允许的结温 

        PF(AV) = 平均正向功耗 

        PR(AV) = 平均反向功耗 

        RθJA = 结到环境的热阻


需要注意的是: 不同的应用环境、散热条件、封装外形、以及高温测试时的测试座等因素都 会对热阻产生影响。 上述公式及计算都是指在稳态的情况下,在实际应用或考核应用中,尤其是反向工作状态下, 由于肖特基本身其反向功耗相对较大,并且漏电流随着温度的增加呈指数增长,因此需要动 态考虑其热效应及功耗的变化,当功耗的增加速度超过散热效率时,即出现热崩效应。 因此应用时需满足如下条件,热耗散需小于结到环境的热导率,即:

dPd/dTJ < 1/RθJA

这里 Pd 是指实时的耗散功率

        TJ 是指实时的结温度

        dPd/dTJ 是指热耗散,也就是耗散功率与结温度之间的积分

        RθJA 是指结到环境的热阻


根据公式: dPd/dTJ < 1/RθJA。对 TJ 和 Pd 做成曲线图,也即曲线斜率小于热导率的区域是安全工作区 域。而当只有反向功耗时,其切线与温度坐标轴的截距就可以对应出最大工作的环境温度。 如下图所示是同一器件(功耗与温度曲线一致)在不同热阻情况下计算出 来的最大工作结温和环境温度。可以看出,对于相同器件,如果散热条件不同(RθJA不同),此时所能工作的环境温度和结温是明显不同的,热阻较大时会出现明显的工作结温的降额。

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肖特基势垒的漏电流方程:

J=AT2exp(-qΦ/kT) 

因此  P=J*S*V=AT2exp(-qΦ/kT)*Area*V 

对其微分:dP/dT=A*S*V*(qΦ/k*exp(-qΦ/kT)+2*exp(-qΦ/kT)*T) 

其中 A 为理查德常数

        S 为肖特基面积

        V 为电压

        q 为单位电子电荷量

        k 为玻尔兹曼常数

        Φ 为有效势垒高度

        T 为开尔文温度


根据上述计算公式,绘制计算表,Tj150℃和 Tj175℃的两种 SM1100A 

在热阻 RθJA =150℃/W 的情况下,对应的最大工作结温和环境温度分别是 Tj=100℃ Ta=83℃ 和 Tj=125℃ Ta=107℃

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详情请参考附件pdf。