Schottky diode - naprava, vrste, značilnosti in uporaba

Schottky diode ali natančneje diode s Schottkyjevo pregrado so polprevodniške naprave, narejene na osnovi kontakta kovina-polprevodnik, medtem ko klasične diode uporabljajo polprevodniški pn spoj.

Svoje ime in pojav v elektroniki ima Schottkyjeva dioda zasluge nemškega fizika Walterja Schottkyja, ki je leta 1938 ob preučevanju novoodkritega pregradnega učinka potrdil prejšnjo teorijo, po kateri potencialna pregrada ovira tudi oddajanje elektronov iz kovine. , toda z uporabljenim zunanjim električnim poljem se bo ta ovira zmanjšala. Walter Schottky je odkril ta učinek, ki so ga takrat poimenovali Schottkyjev učinek, v čast znanstveniku.

Fizična stran

Če preučimo stik med kovino in polprevodnikom, lahko vidimo, da če je blizu površine polprevodnika območje, osiromašeno v večini nosilcev naboja, potem v območju stika tega polprevodnika s kovino na strani polprevodnika , se iz ioniziranih akceptorjev in donorjev tvori prostorsko območje in pride do blokirnega stika - sama Schottkyjeva pregrada ... Pod kakšnimi pogoji se pojavi ta pregrada? Tok termionskega sevanja s površine trdne snovi je določen z Richardsonovo enačbo:

Ustvarimo pogoje, ko bi bil polprevodnik, na primer n-tipa, v stiku s kovino, termodinamična delovna funkcija elektronov iz kovine večja od termodinamične delovne funkcije elektronov iz polprevodnika. V takih pogojih bo v skladu z Richardsonovo enačbo tok termionskega sevanja s površine polprevodnika večji od toka termionskega sevanja s površine kovine:

V začetnem trenutku ob stiku teh materialov bo tok od polprevodnika do kovine presegel povratni tok (od kovine do polprevodnika), zaradi česar bo v območjih blizu površine obeh polprevodnikov in kovine, se bodo prostorski naboji začeli kopičiti - pozitivni v polprevodniku in negativni - v kovini. V območju stika se bo pojavilo električno polje, ki ga tvorijo ti naboji, in prišlo bo do upogibanja energijskih pasov.

Pod delovanjem polja se bo termodinamična delovna funkcija za polprevodnik povečala in povečevanje se bo nadaljevalo, dokler se termodinamična delovna funkcija in ustrezni tokovi termionskega sevanja, uporabljeni na površini, ne izenačijo v kontaktnem območju.

Slika prehoda v ravnovesno stanje z nastankom potencialne pregrade za polprevodnik tipa p in kovino je podobna obravnavanemu primeru s polprevodnikom in kovino tipa n. Vloga zunanje napetosti je uravnavanje višine potencialne pregrade in jakosti električnega polja v območju prostorskega naboja polprevodnika.

Zgornja slika prikazuje ploščinske diagrame različnih stopenj nastajanja Schottkyjeve pregrade. V ravnotežnih pogojih v kontaktnem območju se toplotni emisijski tokovi izenačijo, zaradi učinka polja se pojavi potencialna pregrada, katere višina je enaka razliki med termodinamičnimi delovnimi funkcijami: φk = FMe — Фп / п.

Očitno se izkaže, da je tokovno-napetostna karakteristika za Schottkyjevo pregrado asimetrična. V smeri naprej se tok eksponentno povečuje z uporabljeno napetostjo. V nasprotni smeri pa tok ni odvisen od napetosti, v obeh primerih pa tok poganjajo elektroni kot glavni nosilci naboja.

Zato se Schottky diode odlikujejo po svoji hitrosti, saj izključujejo difuzne in rekombinacijske procese, ki zahtevajo dodaten čas. Odvisnost toka od napetosti je povezana s spremembo števila nosilcev, saj so ti nosilci vključeni v proces prenosa naboja. Zunanja napetost spremeni število elektronov, ki lahko preidejo z ene strani Schottkyjeve pregrade na drugo stran.

Zaradi tehnologije izdelave in na podlagi opisanega principa delovanja imajo Schottky diode nizek padec napetosti v smeri naprej, veliko manjši kot pri klasičnih p-n-diodah.

Tukaj že majhen začetni tok skozi kontaktno območje vodi do sproščanja toplote, ki nato prispeva k pojavu dodatnih tokovnih nosilcev. V tem primeru ni vbrizgavanja manjšinskih nosilcev naboja.

Schottky diode torej nimajo difuzne kapacitivnosti, saj ni manjšinskih nosilcev in je posledično hitrost v primerjavi s polprevodniškimi diodami precej visoka. Izkazalo se je, da gre za podobo ostrega asimetričnega p-n spoja.

Tako so najprej Schottky diode mikrovalovne diode za različne namene: detektorske, mešalne, lavinske tranzitne, parametrične, impulzne, množilne. Schottky diode se lahko uporabljajo kot detektorji sevanja, merilniki napetosti, detektorji jedrskega sevanja, svetlobni modulatorji in končno visokofrekvenčni usmerniki.

Oznaka diode Schottky na diagramih

Dioda Schottky danes

Danes se Schottky diode pogosto uporabljajo v elektronskih napravah. Na diagramih so upodobljene drugače kot običajne diode. Pogosto lahko najdete dvojne Schottkyjeve usmernike, izdelane v tripolnem ohišju, značilnem za močnostna stikala. Takšne dvojne strukture vsebujejo v sebi dve Schottkyjevi diodi, ki sta pogosteje kot katode povezani s katodami ali anodami.

Diode v sestavu imajo zelo podobne parametre, saj je vsako takšno vozlišče izdelano v enem tehnološkem ciklu, posledično pa je njihova delovna temperatura enaka in zanesljivost višja. Trajen padec napetosti 0,2-0,4 volta skupaj z visoko hitrostjo (enote nanosekund) sta nedvomni prednosti Schottky diod pred njihovimi p-n kolegi.

Posebnost Schottkyjeve pregrade v diodah v povezavi z nizkim padcem napetosti se kaže pri uporabljenih napetostih do 60 voltov, čeprav hitrost ostaja stabilna. Danes lahko Schottky diode tipa 25CTQ045 (za napetosti do 45 voltov, za tokove do 30 amperov za vsak par diod v sklopu) najdemo v številnih stikalnih napajalnikih, kjer služijo kot usmerniki za tokove do nekaj sto kilohercev.

Nemogoče se je ne dotakniti teme pomanjkljivosti Schottky diod, seveda so in obstajata dve. Prvič, kratkotrajni presežek kritične napetosti bo takoj onemogočil diodo. Drugič, temperatura močno vpliva na največji povratni tok. Pri zelo visoki temperaturi spoja se bo dioda preprosto zlomila, tudi če deluje pri nazivni napetosti.

Noben radioamater v svoji praksi ne more brez Schottky diod. Tu so najbolj priljubljene diode: 1N5817, 1N5818, 1N5819, 1N5822, SK12, SK13, SK14. Te diode so na voljo v izhodni in SMD izvedbi. Glavna stvar, ki jo radijski amaterji tako cenijo, je njihova visoka hitrost in nizek padec napetosti na stičišču - največ 0,55 voltov - ob nizki ceni teh komponent.

Redko PCB je brez Schottky diod za tak ali drugačen namen. Nekje Schottkyjeva dioda služi kot usmernik nizke moči za povratno vezje, nekje - kot stabilizator napetosti na ravni 0,3 - 0,4 voltov, nekje pa je detektor.

V spodnji tabeli si lahko ogledate parametre najpogostejših danes najpogostejših Schottky diod nizke moči.