Schottky-dioder - enhet, typer, egenskaper och användning

Schottky-dioder, eller mer exakt Schottky-barriärdioder, är halvledarenheter gjorda på basis av en metall-halvledarkontakt, medan konventionella dioder använder en halvledar-pn-övergång.

Schottky-dioden har sitt namn och sitt utseende inom elektroniken att tacka den tyske fysikern Walter Schottky, som 1938, som studerade den nyupptäckta barriäreffekten, bekräftade den tidigare teorin enligt vilken till och med emissionen av elektroner från metallen hindrades av den potentiella barriären. , men med det applicerade externa elektriska fältet kommer denna barriär att minska. Walter Schottky upptäckte denna effekt, som då kallades Schottky-effekten, för att hedra vetenskapsmannen.

Fysisk sida

När man undersöker kontakten mellan metallen och halvledaren, kan man se att om det nära ytan av halvledaren finns ett område som är utarmat i de flesta laddningsbärare, då i området för kontakt mellan denna halvledare och metallen på sidan av halvledaren , en rymdzon bildas laddning från joniserade acceptorer och donatorer och en blockerande kontakt uppstår — själva Schottky-barriären ... Under vilka förhållanden uppstår denna barriär? Den termioniska strålningsströmmen från ytan av ett fast ämne bestäms av Richardsons ekvation:

Låt oss skapa förutsättningar där när en halvledare, till exempel n-typ, är i kontakt med en metall, skulle den termodynamiska arbetsfunktionen för elektronerna från metallen vara större än den termodynamiska arbetsfunktionen för elektronerna från halvledaren. Under sådana förhållanden, enligt Richardsons ekvation, kommer den termioniska strålningsströmmen från halvledarytan att vara större än den termioniska strålningsströmmen från metallytan:

Vid det inledande ögonblicket, vid kontakt med dessa material, kommer strömmen från halvledaren till metallen att överstiga den omvända strömmen (från metallen till halvledaren), vilket resulterar i de ytnära områdena av både halvledare och halvledare. metall, kommer rymdladdningar att börja ackumuleras - positiva i halvledaren och negativa - i metallen. I kontaktområdet kommer ett elektriskt fält som bildas av dessa laddningar att uppstå och en böjning av energibanden kommer att ske.

Under inverkan av fältet kommer den termodynamiska arbetsfunktionen för halvledaren att öka och ökningen kommer att fortsätta tills de termodynamiska arbetsfunktionerna och motsvarande termioniska strålningsströmmar som appliceras på ytan blir lika i kontaktområdet.

Bilden av övergången till ett jämviktstillstånd med bildandet av en potentiell barriär för p-typ halvledare och metall liknar det övervägda exemplet med n-typ halvledare och metall. Den externa spänningens roll är att reglera höjden på potentialbarriären och styrkan på det elektriska fältet i halvledarens rymdladdningsregion.

Figuren ovan visar områdesdiagrammen för de olika stadierna av Schottky-barriärbildningen. Under jämviktsförhållanden i kontaktzonen utjämnas de termiska emissionsströmmarna, på grund av fältets inverkan uppstår en potentialbarriär, vars höjd är lika med skillnaden mellan de termodynamiska arbetsfunktionerna: φk = FMe — Фп / п.

Uppenbarligen visar sig ström-spänningskarakteristiken för Schottky-barriären vara asymmetrisk. I framåtriktningen ökar strömmen exponentiellt med den pålagda spänningen. I motsatt riktning är strömmen inte beroende av spänningen, i båda fallen drivs strömmen av elektroner som huvudladdningsbärare.

Därför kännetecknas Schottky-dioder av sin hastighet, eftersom de utesluter diffusa och rekombinationsprocesser som kräver ytterligare tid. Strömmens beroende av spänningen är relaterat till en förändring av antalet bärare, eftersom dessa bärare är involverade i laddningsöverföringsprocessen. Den externa spänningen ändrar antalet elektroner som kan passera från ena sidan av Schottky-barriären till den andra sidan.

På grund av tillverkningstekniken och baserat på den beskrivna driftprincipen har Schottky-dioder ett lågt spänningsfall i framåtriktningen, mycket mindre än traditionella p-n-dioder.

Här leder även en liten initial ström genom kontaktytan till frigöring av värme, vilket sedan bidrar till uppkomsten av ytterligare strömbärare. I det här fallet finns det ingen injektion av minoritetsavgiftsbärare.

Schottky-dioder har därför ingen diffus kapacitans då det inte finns några minoritetsbärare och som ett resultat är hastigheten ganska hög jämfört med halvledardioder. Det visar sig vara ett sken av en skarp asymmetrisk p-n-korsning.

Först och främst är Schottky-dioder således mikrovågsdioder för olika ändamål: detektor, blandning, lavintransitering, parametrisk, pulsad, multiplicerande. Schottky-dioder kan användas som strålningsdetektorer, töjningsmätare, nukleära strålningsdetektorer, ljusmodulatorer och slutligen högfrekventa likriktare.

Schottky-diodbeteckning på diagram

Diode Schottky idag

Idag används Schottky-dioder i stor utsträckning i elektroniska enheter. I diagrammen avbildas de annorlunda än konventionella dioder. Du kan ofta hitta dubbla Schottky-likriktare tillverkade i det trepoliga höljet som är typiskt för strömbrytare. Sådana dubbla strukturer innehåller två Schottky-dioder inuti, förenade med katoder eller anoder, oftare än katoder.

Dioderna i aggregatet har mycket liknande parametrar, eftersom varje sådan nod produceras i en teknisk cykel, och som ett resultat är deras driftstemperatur följaktligen densamma och tillförlitligheten är högre. Ett ihållande spänningsfall på 0,2-0,4 volt tillsammans med hög hastighet (enheter av nanosekunder) är de otvivelaktiga fördelarna med Schottky-dioder jämfört med deras p-n motsvarigheter.

Det speciella med Schottky-barriären i dioder, i samband med ett lågt spänningsfall, manifesteras vid applicerade spänningar på upp till 60 volt, även om hastigheten förblir stabil. Idag finns Schottky-dioder av typen 25CTQ045 (för spänningar upp till 45 volt, för strömmar upp till 30 ampere för varje par av dioderna i aggregatet) i många switchade strömförsörjningar, där de fungerar som likriktare för strömmar upp till flera hundra kilohertz.

Det är omöjligt att inte beröra ämnet om nackdelarna med Schottky-dioder, naturligtvis är de och det finns två av dem. För det första kommer ett kortvarigt överskott av den kritiska spänningen omedelbart att inaktivera dioden. För det andra påverkar temperaturen starkt den maximala backströmmen. Vid en mycket hög korsningstemperatur kommer dioden helt enkelt att gå sönder även när den arbetar med märkspänning.

Ingen radioamatör klarar sig utan Schottky-dioder i sin praktik. De mest populära dioderna kan noteras här: 1N5817, 1N5818, 1N5819, 1N5822, SK12, SK13, SK14. Dessa dioder finns i både utgångs- och SMD-versioner. Det viktigaste som radioamatörer uppskattar dem så mycket är deras höga hastighet och låga kopplingsspänningsfall - maximalt 0,55 volt - till en låg kostnad för dessa komponenter.

Ett sällsynt kretskort klarar sig utan Schottky-dioder för ett eller annat syfte. Någonstans fungerar Schottky-dioden som en lågeffektlikriktare för återkopplingskretsen, någonstans - som en spänningsstabilisator på nivån 0,3 - 0,4 volt, och någonstans är det en detektor.

I tabellen nedan kan du se parametrarna för de vanligaste lågeffekts Schottky-dioderna idag.