Schottky diode - uređaj, vrste, karakteristike i uporaba

Schottky diode, točnije diode s Schottky barijerom, su poluvodički elementi izrađeni na bazi kontakta metal-poluvodič, dok konvencionalne diode koriste poluvodički pn spoj.

Schottky dioda svoje ime i pojavu u elektronici duguje njemačkom fizičaru Walteru Schottkyju, koji je 1938. godine, proučavajući novootkriveni efekt barijere, potvrdio raniju teoriju prema kojoj je čak i emisija elektrona iz metala bila ometena potencijalnom barijerom. , ali s primijenjenim vanjskim električnim poljem ova će se barijera smanjiti. Walter Schottky otkrio je ovaj efekt, koji je tada nazvan Schottkyjev efekt, u čast znanstvenika.

Fizička strana

Ispitujući kontakt između metala i poluvodiča, može se vidjeti da ako blizu površine poluvodiča postoji područje osiromašeno većinom nositelja naboja, tada u području kontakta ovog poluvodiča s metalom na strani poluvodiča , formira se prostorna zona naboja od ioniziranih akceptora i donora i dolazi do blokirajućeg kontakta — same Schottkyjeve barijere ... Pod kojim uvjetima nastaje ta barijera? Struja termionskog zračenja s površine krutog tijela određena je Richardsonovom jednadžbom:

Stvorimo uvjete da kada je poluvodič, npr. n-tip, u kontaktu s metalom, termodinamički rad rada elektrona iz metala bude veći od termodinamičkog rada rada elektrona iz poluvodiča. Pod takvim uvjetima, prema Richardsonovoj jednadžbi, struja termionskog zračenja s površine poluvodiča bit će veća od struje termionskog zračenja s površine metala:

U početnom vremenskom trenutku, nakon kontakta ovih materijala, struja od poluvodiča do metala premašit će reverznu struju (od metala do poluvodiča), uslijed čega će u područjima blizu površine oba poluvodiča i metala, svemirski naboji će se početi nakupljati — pozitivni u poluvodiču i negativni — u metalu. U području kontakta nastat će električno polje formirano od ovih naboja i doći će do savijanja energetskih vrpci.

Pod djelovanjem polja, termodinamički rad poluvodiča će se povećati i porast će se nastaviti sve dok se termodinamički rad rada i odgovarajuće struje termionskog zračenja primijenjene na površinu ne izjednače u području kontakta.

Slika prijelaza u ravnotežno stanje s nastankom potencijalne barijere za p-tip poluvodiča i metal slična je razmatranom primjeru s n-tipom poluvodiča i metala. Uloga vanjskog napona je reguliranje visine potencijalne barijere i jakosti električnog polja u području prostornog naboja poluvodiča.

Gornja slika prikazuje površinske dijagrame različitih faza formiranja Schottkyjeve barijere. U uvjetima ravnoteže u kontaktnoj zoni dolazi do izjednačavanja struja toplinske emisije, zbog djelovanja polja pojavljuje se potencijalna barijera čija je visina jednaka razlici između termodinamičkih radnih funkcija: φk = FMe — Fp / p.

Očito se pokazuje da je strujno-naponska karakteristika za Schottkyjevu barijeru asimetrična. U smjeru prema naprijed, struja eksponencijalno raste s primijenjenim naponom. U suprotnom smjeru struja ne ovisi o naponu.U oba slučaja struju pokreću elektroni kao glavni nositelji naboja.

Stoga se Schottky diode razlikuju po svojoj brzini, jer isključuju difuzne i rekombinacijske procese koji zahtijevaju dodatno vrijeme. Ovisnost struje o naponu povezana je s promjenom broja nositelja, budući da su ti nositelji uključeni u proces prijenosa naboja. Vanjski napon mijenja broj elektrona koji mogu prijeći s jedne strane Schottkyjeve barijere na drugu stranu.

Zbog tehnologije izrade i temeljem opisanog principa rada, Schottky diode imaju mali pad napona u smjeru prema naprijed, znatno manji od onog kod tradicionalnih p-n-dioda.

Ovdje čak i mala početna struja kroz kontaktno područje dovodi do oslobađanja topline, što zatim doprinosi pojavi dodatnih nositelja struje. U ovom slučaju nema injekcije manjinskih nositelja naboja.

Schottky diode stoga nemaju difuzni kapacitet budući da nema manjinskih nositelja i kao rezultat toga brzina je dosta velika u usporedbi s poluvodičkim diodama. Ispada da je to privid oštrog asimetričnog p-n spoja.

Dakle, prije svega, Schottky diode su mikrovalne diode za različite namjene: detektorske, miješajuće, tranzitne lavine, parametarske, pulsne, množeće. Schottky diode se mogu koristiti kao detektori zračenja, mjerači naprezanja, detektori nuklearnog zračenja, modulatori svjetla i konačno visokofrekventni ispravljači.

Oznaka Schottky diode na dijagramima

Dioda Schottky danas

Danas se Schottky diode naširoko koriste u elektroničkim uređajima. Na dijagramima su prikazane drugačije od konvencionalnih dioda. Često se mogu naći dvostruki Schottky ispravljači izrađeni u tropinskom kućištu tipičnom za sklopke za napajanje. Takve dualne strukture sadrže dvije Schottky diode unutra, spojene katodama ili anodama, češće nego katodama.

Diode u sklopu imaju vrlo slične parametre, budući da se svaki takav čvor proizvodi u jednom tehnološkom ciklusu, pa je zbog toga njihova radna temperatura jednaka, a pouzdanost veća. Trajni pad napona od 0,2-0,4 volta zajedno s velikom brzinom (jedinice nanosekundi) nedvojbene su prednosti Schottky dioda u odnosu na njihove p-n analoge.

Osobitost Schottkyjeve barijere u diodama, povezana s niskim padom napona, očituje se pri primijenjenim naponima do 60 volti, iako brzina ostaje postojana. Danas se Schottky diode tipa 25CTQ045 (za napone do 45 volti, za struje do 30 ampera za svaki par dioda u sklopu) mogu naći u mnogim prekidačkim izvorima napajanja, gdje služe kao ispravljači za struje do nekoliko sto kiloherca.

Nemoguće je ne dotaknuti temu nedostataka Schottky dioda, naravno da jesu i postoje dva od njih. Prvo, kratkotrajni višak kritičnog napona odmah će onemogućiti diodu. Drugo, temperatura snažno utječe na maksimalnu povratnu struju. Na vrlo visokoj temperaturi spoja, dioda će se jednostavno slomiti čak i ako radi na nazivnom naponu.

Nijedan radio amater ne može bez Schottky dioda u svojoj praksi. Ovdje se mogu primijetiti najpopularnije diode: 1N5817, 1N5818, 1N5819, 1N5822, SK12, SK13, SK14. Ove diode dostupne su u izlaznoj i SMD verziji. Glavna stvar koju radioamateri toliko cijene je njihova velika brzina i mali pad napona na spoju - maksimalno 0,55 volti - uz nisku cijenu ovih komponenti.

Rijedak PCB radi bez Schottky dioda za ovu ili onu svrhu. Negdje Schottky dioda služi kao ispravljač male snage za povratni krug, negdje - kao stabilizator napona na razini od 0,3 - 0,4 volta, a negdje je detektor.

U donjoj tablici možete vidjeti parametre najčešćih Schottky dioda male snage danas.