Schottky-dioder - enhet, typer, egenskaper og bruk

Schottky-dioder, eller mer presist Schottky-barrieredioder, er halvlederenheter laget på grunnlag av en metall-halvlederkontakt, mens konvensjonelle dioder bruker et halvleder-pn-kryss.

Schottky-dioden skylder navnet og utseendet sitt i elektronikk til den tyske fysikeren Walter Schottky, som i 1938, studerte den nyoppdagede barriereeffekten, bekreftet den tidligere teorien om at selv utslippet av elektroner fra metallet ble hindret av den potensielle barrieren. , men med det påførte eksterne elektriske feltet vil denne barrieren avta. Walter Schottky oppdaget denne effekten, som da ble kalt Schottky-effekten, til ære for forskeren.

Fysisk side

Ved å undersøke kontakten mellom metallet og halvlederen, kan det ses at hvis nær overflaten av halvlederen er det et område som er utarmet i de fleste ladningsbærere, så i området for kontakt mellom denne halvlederen og metallet på siden av halvlederen , det dannes en romsone ladning fra ioniserte akseptorer og donorer og det oppstår en blokkerende kontakt — selve Schottky-barrieren ... Under hvilke forhold oppstår denne barrieren? Den termioniske strålingsstrømmen fra overflaten til et fast stoff bestemmes av Richardson-ligningen:

La oss skape forhold der når en halvleder, for eksempel n-type, er i kontakt med et metall, vil den termodynamiske arbeidsfunksjonen til elektronene fra metallet være større enn den termodynamiske arbeidsfunksjonen til elektronene fra halvlederen. Under slike forhold, i henhold til Richardsons ligning, vil den termioniske strålingsstrømmen fra halvlederoverflaten være større enn den termioniske strålingsstrømmen fra metalloverflaten:

I det første øyeblikket, ved kontakt med disse materialene, vil strømmen fra halvlederen til metallet overstige omvendt strømmen (fra metallet til halvlederen), som et resultat av dette i de nære overflateområdene til både halvledere og metall, vil romladninger begynne å samle seg - positive i halvlederen og negative - i metallet. I kontaktområdet vil et elektrisk felt dannet av disse ladningene oppstå og en bøyning av energibåndene vil finne sted.

Under påvirkning av feltet vil den termodynamiske arbeidsfunksjonen for halvlederen øke og økningen vil fortsette inntil de termodynamiske arbeidsfunksjonene og de tilsvarende termioniske strålingsstrømmene påført overflaten blir like i kontaktområdet.

Bildet av overgangen til en likevektstilstand med dannelsen av en potensiell barriere for p-type halvleder og metall ligner det betraktede eksemplet med n-type halvleder og metall. Rollen til den eksterne spenningen er å regulere høyden på potensialbarrieren og styrken til det elektriske feltet i romladningsområdet til halvlederen.

Figuren over viser områdediagrammene for de ulike stadiene av Schottky-barriereformasjonen. Under likevektsforhold i kontaktsonen utjevnes de termiske emisjonsstrømmene, på grunn av feltets effekt vises en potensiell barriere, hvis høyde er lik forskjellen mellom de termodynamiske arbeidsfunksjonene: φk = FMe — Фп / п.

Det er klart at strømspenningskarakteristikken for Schottky-barrieren viser seg å være asymmetrisk. I foroverretningen øker strømmen eksponentielt med den påførte spenningen. I motsatt retning er ikke strømmen avhengig av spenningen, i begge tilfeller drives strømmen av elektroner som hovedladningsbærere.

Derfor kjennetegnes Schottky-dioder ved deres hastighet, siden de utelukker diffuse og rekombinasjonsprosesser som krever ekstra tid. Strømmens avhengighet av spenningen er relatert til en endring i antall bærere, siden disse bærerne er involvert i ladningsoverføringsprosessen. Den ytre spenningen endrer antallet elektroner som kan passere fra den ene siden av Schottky-barrieren til den andre siden.

På grunn av produksjonsteknologien og basert på det beskrevne driftsprinsippet, har Schottky-dioder et lavt spenningsfall i foroverretningen, mye mindre enn tradisjonelle p-n-dioder.

Her fører selv en liten startstrøm gjennom kontaktområdet til frigjøring av varme, som deretter bidrar til utseendet til ytterligere strømbærere. I dette tilfellet er det ingen injeksjon av minoritetsavgiftsbærere.

Schottky-dioder har derfor ingen diffus kapasitans da det ikke er minoritetsbærere og som et resultat er hastigheten ganske høy sammenlignet med halvlederdioder. Det viser seg å være et utseende av et skarpt asymmetrisk p-n-kryss.

Derfor er Schottky-dioder for det første mikrobølgedioder for forskjellige formål: detektor, blanding, skredtransport, parametrisk, pulset, multiplisering. Schottky-dioder kan brukes som strålingsdetektorer, strekkmålere, kjernefysiske strålingsdetektorer, lysmodulatorer og til slutt høyfrekvente likerettere.

Schottky-diodebetegnelse på diagrammer

Diode Schottky i dag

I dag er Schottky-dioder mye brukt i elektroniske enheter. I diagrammene er de avbildet annerledes enn konvensjonelle dioder. Du kan ofte finne doble Schottky-likerettere laget i det tre-pinne huset som er typisk for strømbrytere. Slike doble strukturer inneholder to Schottky-dioder inni, forbundet med katoder eller anoder, oftere enn katoder.

Diodene i enheten har svært like parametere, siden hver slik node produseres i en teknologisk syklus, og som et resultat er deres driftstemperatur følgelig den samme og påliteligheten er høyere. Et vedvarende spenningsfall på 0,2-0,4 volt sammen med høy hastighet (enheter på nanosekunder) er de utvilsomme fordelene med Schottky-dioder fremfor deres p-n-motstykker.

Det særegne ved Schottky-barrieren i dioder, i forbindelse med et lavt spenningsfall, manifesteres ved påførte spenninger på opptil 60 volt, selv om hastigheten forblir stabil. I dag finnes Schottky-dioder av typen 25CTQ045 (for spenninger opp til 45 volt, for strømmer opp til 30 ampere for hvert par dioder i sammenstillingen) i mange svitsjestrømforsyninger, der de fungerer som likerettere for strømmer opp til flere hundre kilohertz.

Det er umulig å ikke berøre temaet om ulempene ved Schottky-dioder, selvfølgelig er de det, og det er to av dem. For det første vil et kortvarig overskudd av den kritiske spenningen umiddelbart deaktivere dioden. For det andre påvirker temperaturen sterkt den maksimale reversstrømmen. Ved en veldig høy overgangstemperatur vil dioden ganske enkelt bryte selv når den opererer med nominell spenning.

Ingen radioamatør kan klare seg uten Schottky-dioder i sin praksis. De mest populære diodene kan noteres her: 1N5817, 1N5818, 1N5819, 1N5822, SK12, SK13, SK14. Disse diodene er tilgjengelige i både utgangs- og SMD-versjoner. Det viktigste at radioamatører setter pris på dem er deres høye hastighet og lave kryssspenningsfall - maksimalt 0,55 volt - til en lav pris på disse komponentene.

Et sjeldent PCB klarer seg uten Schottky-dioder for ett eller annet formål. Et sted fungerer Schottky-dioden som en laveffekt likeretter for tilbakemeldingskretsen, et sted - som en spenningsstabilisator på nivået 0,3 - 0,4 volt, og et sted er det en detektor.

I tabellen nedenfor kan du se parametrene til de vanligste Schottky-diodene med lav effekt i dag.