Schottky dioder - enhed, typer, egenskaber og brug

Schottky-dioder, eller mere præcist Schottky-barrieredioder, er halvlederenheder lavet på basis af en metal-halvleder-kontakt, mens konventionelle dioder bruger en halvleder-pn-forbindelse.

Schottky-dioden skylder sit navn og sin optræden i elektronik til den tyske fysiker Walter Schottky, som i 1938, ved at studere den nyopdagede barriereeffekt, bekræftede den tidligere teori, ifølge hvilken selv emissionen af ​​elektroner fra metallet blev hindret af den potentielle barriere. , men med det påførte eksterne elektriske felt vil denne barriere falde. Walter Schottky opdagede denne effekt, som dengang blev kaldt Schottky-effekten, til ære for videnskabsmanden.

Fysisk side

Ved at undersøge kontakten mellem metallet og halvlederen, kan det ses, at hvis der nær overfladen af ​​halvlederen er et område, der er udtømt i de fleste ladningsbærere, så i området for kontakt mellem denne halvleder og metallet på siden af ​​halvlederen , dannes en rumzone ladning fra ioniserede acceptorer og donorer og der opstår en blokerende kontakt — selve Schottky-barrieren ... Under hvilke forhold opstår denne barriere? Den termioniske strålingsstrøm fra overfladen af ​​et fast stof bestemmes af Richardsons ligning:

Lad os skabe forhold, hvor når en halvleder, for eksempel n-type, er i kontakt med et metal, vil den termodynamiske arbejdsfunktion af elektronerne fra metallet være større end den termodynamiske arbejdsfunktion af elektronerne fra halvlederen. Under sådanne forhold, ifølge Richardsons ligning, vil den termioniske strålingsstrøm fra halvlederoverfladen være større end den termioniske strålingsstrøm fra metaloverfladen:

I det indledende tidspunkt, ved kontakt med disse materialer, vil strømmen fra halvlederen til metallet overstige den omvendte strøm (fra metallet til halvlederen), hvilket resulterer i, at både halvledere og halvlederes overflade nære områder. metal, vil rumladninger begynde at akkumulere - positive i halvlederen og negative - i metallet. I kontaktområdet vil der opstå et elektrisk felt dannet af disse ladninger, og en bøjning af energibåndene vil finde sted.

Under påvirkning af feltet vil den termodynamiske arbejdsfunktion for halvlederen stige, og stigningen vil fortsætte, indtil de termodynamiske arbejdsfunktioner og de tilsvarende termioniske strålingsstrømme påført overfladen bliver ens i kontaktområdet.

Billedet af overgangen til en ligevægtstilstand med dannelsen af ​​en potentiel barriere for p-type halvleder og metal ligner det betragtede eksempel med n-type halvleder og metal. Rollen af ​​den eksterne spænding er at regulere højden af ​​potentialbarrieren og styrken af ​​det elektriske felt i rumladningsområdet af halvlederen.

Figuren ovenfor viser områdediagrammerne for de forskellige stadier af Schottky-barrieredannelse. Under ligevægtsforhold i kontaktzonen udlignes de termiske emissionsstrømme, på grund af feltets virkning fremkommer en potentiel barriere, hvis højde er lig med forskellen mellem de termodynamiske arbejdsfunktioner: φk = FMe — Фп / п.

Det er klart, at strømspændingskarakteristikken for Schottky-barrieren viser sig at være asymmetrisk. I fremadgående retning stiger strømmen eksponentielt med den påførte spænding. I modsat retning er strømmen ikke afhængig af spændingen.I begge tilfælde drives strømmen af ​​elektroner som de vigtigste ladningsbærere.

Derfor er Schottky-dioder kendetegnet ved deres hastighed, da de udelukker diffuse og rekombinationsprocesser, der kræver ekstra tid. Strømmens afhængighed af spændingen er relateret til en ændring i antallet af bærere, da disse bærere er involveret i ladningsoverførselsprocessen. Den eksterne spænding ændrer antallet af elektroner, der kan passere fra den ene side af Schottky-barrieren til den anden side.

På grund af fremstillingsteknologien og baseret på det beskrevne funktionsprincip har Schottky-dioder et lavt spændingsfald i fremadgående retning, meget mindre end traditionelle p-n-dioder.

Her fører selv en lille indledende strøm gennem kontaktområdet til frigivelse af varme, som så bidrager til fremkomsten af ​​yderligere strømbærere. I dette tilfælde er der ingen indsprøjtning af minoritetsafgiftsbærere.

Schottky-dioder har derfor ingen diffus kapacitans, da der ikke er minoritetsbærere, og som følge heraf er hastigheden ret høj sammenlignet med halvlederdioder. Det viser sig at være et udseende af et skarpt asymmetrisk p-n-kryds.

Således er Schottky-dioder først og fremmest mikrobølgedioder til forskellige formål: detektor, blanding, lavinetransit, parametrisk, pulseret, multiplikation. Schottky-dioder kan bruges som strålingsdetektorer, strain gauges, nukleare strålingsdetektorer, lysmodulatorer og endelig højfrekvente ensrettere.

Schottky diodebetegnelse på diagrammer

Diode Schottky i dag

I dag er Schottky-dioder meget udbredt i elektroniske enheder. I diagrammerne er de afbildet anderledes end konventionelle dioder. Du kan ofte finde dobbelte Schottky-ensrettere lavet i det trebenede hus, der er typisk for strømafbrydere. Sådanne dobbeltstrukturer indeholder to Schottky-dioder indeni, forbundet med katoder eller anoder, oftere end katoder.

Dioderne i samlingen har meget lignende parametre, da hver sådan knude produceres i en teknologisk cyklus, og som et resultat er deres driftstemperatur derfor den samme, og pålideligheden er højere. Et vedvarende spændingsfald på 0,2-0,4 volt sammen med høj hastighed (enheder af nanosekunder) er de utvivlsomme fordele ved Schottky-dioder i forhold til deres p-n-modstykker.

Det særlige ved Schottky-barrieren i dioder, i forbindelse med et lavt spændingsfald, manifesteres ved påførte spændinger på op til 60 volt, selvom hastigheden forbliver stabil. I dag findes Schottky-dioder af typen 25CTQ045 (for spændinger op til 45 volt, for strømme op til 30 ampere for hvert par dioder i samlingen) i mange skiftende strømforsyninger, hvor de fungerer som ensrettere for strømme op til flere hundrede kilohertz.

Det er umuligt ikke at røre ved emnet om ulemperne ved Schottky-dioder, selvfølgelig er de det, og der er to af dem. For det første vil et kortvarigt overskud af den kritiske spænding straks deaktivere dioden. For det andet påvirker temperaturen kraftigt den maksimale omvendte strøm. Ved en meget høj overgangstemperatur vil dioden simpelthen gå i stykker, selv når den arbejder med nominel spænding.

Ingen radioamatør kan undvære Schottky-dioder i sin praksis. De mest populære dioder kan noteres her: 1N5817, 1N5818, 1N5819, 1N5822, SK12, SK13, SK14. Disse dioder fås i både output- og SMD-versioner. Det vigtigste, at radioamatører værdsætter dem så meget, er deres høje hastighed og lave krydsspændingsfald - maksimalt 0,55 volt - til en lav pris for disse komponenter.

Et sjældent printkort klarer sig uden Schottky-dioder til et eller andet formål. Et eller andet sted tjener Schottky-dioden som en ensretter med lav effekt til feedbackkredsløbet, et eller andet sted - som en spændingsstabilisator på niveauet 0,3 - 0,4 volt, og et eller andet sted er det en detektor.

I tabellen nedenfor kan du se parametrene for de mest almindelige laveffekt Schottky dioder i dag.