Δίοδοι Schottky - συσκευή, τύποι, χαρακτηριστικά και χρήση

Οι δίοδοι Schottky, ή ακριβέστερα οι δίοδοι φραγμού Schottky, είναι συσκευές ημιαγωγών που κατασκευάζονται με βάση μια επαφή μετάλλου-ημιαγωγού, ενώ οι συμβατικές δίοδοι χρησιμοποιούν μια σύνδεση ημιαγωγού pn.

Η δίοδος Schottky οφείλει το όνομά της και την εμφάνισή της στα ηλεκτρονικά στον Γερμανό φυσικό Walter Schottky, ο οποίος το 1938, μελετώντας το φαινόμενο φραγμού που ανακαλύφθηκε πρόσφατα, επιβεβαίωσε την προηγούμενη θεωρία σύμφωνα με την οποία ακόμη και η εκπομπή ηλεκτρονίων από το μέταλλο παρεμποδιζόταν από το φράγμα δυναμικού. , αλλά με το εφαρμοσμένο εξωτερικό ηλεκτρικό πεδίο αυτό το φράγμα θα μειωθεί. Ο Walter Schottky ανακάλυψε αυτό το φαινόμενο, το οποίο τότε ονομαζόταν φαινόμενο Schottky, προς τιμήν του επιστήμονα.

Φυσική πλευρά

Εξετάζοντας την επαφή μεταξύ του μετάλλου και του ημιαγωγού, μπορεί να φανεί ότι εάν κοντά στην επιφάνεια του ημιαγωγού υπάρχει μια περιοχή εξαντλημένη στους περισσότερους φορείς φορτίου, τότε στην περιοχή επαφής αυτού του ημιαγωγού με το μέταλλο στην πλευρά του ημιαγωγού , μια διαστημική ζώνη σχηματίζεται φορτίο από ιονισμένους δέκτες και δότες και εμφανίζεται μια επαφή αποκλεισμού — το ίδιο το φράγμα Schottky ... Κάτω από ποιες συνθήκες συμβαίνει αυτό το φράγμα; Το ρεύμα θερμιονικής ακτινοβολίας από την επιφάνεια ενός στερεού προσδιορίζεται από την εξίσωση Richardson:

Ας δημιουργήσουμε συνθήκες όπου όταν ένας ημιαγωγός, για παράδειγμα τύπου n, είναι σε επαφή με ένα μέταλλο, η θερμοδυναμική συνάρτηση εργασίας των ηλεκτρονίων από το μέταλλο θα είναι μεγαλύτερη από τη θερμοδυναμική συνάρτηση εργασίας των ηλεκτρονίων από τον ημιαγωγό. Κάτω από τέτοιες συνθήκες, σύμφωνα με την εξίσωση του Richardson, το ρεύμα θερμιονικής ακτινοβολίας από την επιφάνεια του ημιαγωγού θα είναι μεγαλύτερο από το ρεύμα θερμιονικής ακτινοβολίας από τη μεταλλική επιφάνεια:

Στην αρχική χρονική στιγμή, κατά την επαφή αυτών των υλικών, το ρεύμα από τον ημιαγωγό στο μέταλλο θα υπερβεί το αντίστροφο ρεύμα (από το μέταλλο στον ημιαγωγό), με αποτέλεσμα στις περιοχές κοντά στην επιφάνεια και των δύο ημιαγωγών και των δύο ημιαγωγών και μέταλλο, τα διαστημικά φορτία θα αρχίσουν να συσσωρεύονται — θετικά στον ημιαγωγό και αρνητικά — στο μέταλλο. Στην περιοχή επαφής, θα προκύψει ένα ηλεκτρικό πεδίο που σχηματίζεται από αυτά τα φορτία και θα λάβει χώρα κάμψη των ζωνών ενέργειας.

Κάτω από τη δράση του πεδίου, η συνάρτηση θερμοδυναμικής εργασίας για τον ημιαγωγό θα αυξηθεί και η αύξηση θα συνεχιστεί έως ότου οι συναρτήσεις θερμοδυναμικής εργασίας και τα αντίστοιχα θερμιονικά ρεύματα ακτινοβολίας που εφαρμόζονται στην επιφάνεια γίνουν ίσα στην περιοχή επαφής.

Η εικόνα της μετάβασης σε κατάσταση ισορροπίας με το σχηματισμό ενός φραγμού δυναμικού για ημιαγωγό και μέταλλο τύπου p είναι παρόμοια με το εξεταζόμενο παράδειγμα με ημιαγωγό και μέταλλο τύπου n. Ο ρόλος της εξωτερικής τάσης είναι να ρυθμίζει το ύψος του φραγμού δυναμικού και την ένταση του ηλεκτρικού πεδίου στην περιοχή φορτίου χώρου του ημιαγωγού.

Το παραπάνω σχήμα δείχνει τα διαγράμματα εμβαδών των διαφόρων σταδίων σχηματισμού φραγμού Schottky. Υπό συνθήκες ισορροπίας στη ζώνη επαφής, τα θερμικά ρεύματα εκπομπής εξισορροπούνται, λόγω της επίδρασης του πεδίου, εμφανίζεται ένα φράγμα δυναμικού, το ύψος του οποίου είναι ίσο με τη διαφορά μεταξύ των συναρτήσεων θερμοδυναμικής εργασίας: φk = FMe — Фп / п.

Προφανώς, το χαρακτηριστικό ρεύματος-τάσης για το φράγμα Schottky αποδεικνύεται ασύμμετρο. Στην προς τα εμπρός κατεύθυνση, το ρεύμα αυξάνεται εκθετικά με την εφαρμοζόμενη τάση. Στην αντίθετη κατεύθυνση, το ρεύμα δεν εξαρτάται από την τάση και στις δύο περιπτώσεις, το ρεύμα οδηγείται από ηλεκτρόνια ως κύριους φορείς φορτίου.

Επομένως, οι δίοδοι Schottky διακρίνονται για την ταχύτητά τους, καθώς αποκλείουν διαδικασίες διάχυσης και ανασυνδυασμού που απαιτούν επιπλέον χρόνο. Η εξάρτηση του ρεύματος από την τάση σχετίζεται με μια αλλαγή στον αριθμό των φορέων, αφού αυτοί οι φορείς εμπλέκονται στη διαδικασία μεταφοράς φορτίου. Η εξωτερική τάση αλλάζει τον αριθμό των ηλεκτρονίων που μπορούν να περάσουν από τη μία πλευρά του φραγμού Schottky στην άλλη πλευρά.

Λόγω της τεχνολογίας κατασκευής και με βάση την περιγραφόμενη αρχή λειτουργίας, οι δίοδοι Schottky έχουν χαμηλή πτώση τάσης προς τα εμπρός, πολύ μικρότερη από αυτή των παραδοσιακών διόδων p-n.

Εδώ, ακόμη και ένα μικρό αρχικό ρεύμα μέσω της περιοχής επαφής οδηγεί στην απελευθέρωση θερμότητας, η οποία στη συνέχεια συμβάλλει στην εμφάνιση πρόσθετων φορέων ρεύματος. Σε αυτή την περίπτωση, δεν υπάρχει έγχυση φορέων τελών μειοψηφίας.

Οι δίοδοι Schottky επομένως δεν έχουν διάχυτη χωρητικότητα καθώς δεν υπάρχουν μειοψηφικοί φορείς και ως αποτέλεσμα η ταχύτητα είναι αρκετά υψηλή σε σύγκριση με τις διόδους ημιαγωγών. Αποδεικνύεται ότι είναι μια ομοιότητα μιας απότομης ασύμμετρης διασταύρωσης p-n.

Έτσι, πρώτα απ 'όλα, οι δίοδοι Schottky είναι δίοδοι μικροκυμάτων για διάφορους σκοπούς: ανιχνευτής, ανάμειξης, διέλευσης χιονοστιβάδων, παραμετρικές, παλμικές, πολλαπλασιαστικές. Οι δίοδοι Schottky μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως ανιχνευτές ακτινοβολίας, μετρητές καταπόνησης, ανιχνευτές πυρηνικής ακτινοβολίας, διαμορφωτές φωτός και τέλος ανορθωτές υψηλής συχνότητας.

Ονομασία διόδου Schottky σε διαγράμματα

Diode Schottky σήμερα

Σήμερα, οι δίοδοι Schottky χρησιμοποιούνται ευρέως σε ηλεκτρονικές συσκευές. Στα διαγράμματα, απεικονίζονται διαφορετικά από τις συμβατικές δίοδοι. Μπορείτε συχνά να βρείτε διπλούς ανορθωτές Schottky κατασκευασμένους στο περίβλημα τριών ακίδων που είναι χαρακτηριστικό των διακοπτών ισχύος. Τέτοιες διπλές δομές περιέχουν δύο διόδους Schottky εσωτερικά, ενωμένες με κάθοδοι ή άνοδοι, πιο συχνά από καθόδους.

Οι δίοδοι στο συγκρότημα έχουν πολύ παρόμοιες παραμέτρους, αφού κάθε τέτοιος κόμβος παράγεται σε έναν τεχνολογικό κύκλο και ως αποτέλεσμα, η θερμοκρασία λειτουργίας τους είναι αντίστοιχα η ίδια και η αξιοπιστία υψηλότερη. Μια παρατεταμένη πτώση τάσης 0,2-0,4 βολτ σε συνδυασμό με υψηλή ταχύτητα (μονάδες νανοδευτερόλεπτων) είναι τα αναμφισβήτητα πλεονεκτήματα των διόδων Schottky έναντι των αντίστοιχων p-n.

Η ιδιαιτερότητα του φράγματος Schottky στις διόδους, σε συνδυασμό με μια χαμηλή πτώση τάσης, εκδηλώνεται σε εφαρμοζόμενες τάσεις έως και 60 βολτ, αν και η ταχύτητα παραμένει σταθερή. Σήμερα, οι δίοδοι Schottky του τύπου 25CTQ045 (για τάσεις έως 45 βολτ, για ρεύματα έως 30 αμπέρ για κάθε ζεύγος διόδων στο συγκρότημα) μπορούν να βρεθούν σε πολλά τροφοδοτικά μεταγωγής, όπου χρησιμεύουν ως ανορθωτές για ρεύματα έως πολλά εκατό kilohertz.

Είναι αδύνατο να μην αγγίξουμε το θέμα των μειονεκτημάτων των διόδων Schottky, φυσικά είναι και υπάρχουν δύο από αυτά. Πρώτον, μια βραχυπρόθεσμη υπέρβαση της κρίσιμης τάσης θα απενεργοποιήσει αμέσως τη δίοδο. Δεύτερον, η θερμοκρασία επηρεάζει έντονα το μέγιστο αντίστροφο ρεύμα. Σε πολύ υψηλή θερμοκρασία διασταύρωσης, η δίοδος απλώς θα σπάσει ακόμα και όταν λειτουργεί με ονομαστική τάση.

Κανένας ραδιοερασιτέχνης δεν μπορεί να κάνει χωρίς διόδους Schottky στην πρακτική του. Οι πιο δημοφιλείς δίοδοι μπορούν να σημειωθούν εδώ: 1N5817, 1N5818, 1N5819, 1N5822, SK12, SK13, SK14. Αυτές οι δίοδοι είναι διαθέσιμες τόσο σε έκδοση εξόδου όσο και σε έκδοση SMD. Το κύριο πράγμα που τους εκτιμούν τόσο πολύ οι ραδιοερασιτέχνες είναι η υψηλή τους ταχύτητα και η χαμηλή πτώση τάσης διακλάδωσης — μέγιστο 0,55 βολτ — με χαμηλό κόστος αυτών των εξαρτημάτων.

Ένα σπάνιο PCB κάνει χωρίς διόδους Schottky για τον ένα ή τον άλλο σκοπό. Κάπου η δίοδος Schottky χρησιμεύει ως ανορθωτής χαμηλής ισχύος για το κύκλωμα ανάδρασης, κάπου - ως σταθεροποιητής τάσης στο επίπεδο 0,3 - 0,4 βολτ και κάπου είναι ανιχνευτής.

Στον παρακάτω πίνακα μπορείτε να δείτε τις παραμέτρους των πιο κοινών διόδων Schottky χαμηλής κατανάλωσης σήμερα.