Schottkyho diódy - zariadenie, typy, vlastnosti a použitie

Schottkyho diódy, alebo presnejšie Schottkyho bariérové ​​diódy, sú polovodičové zariadenia vyrobené na báze kontaktu kov-polovodič, zatiaľ čo bežné diódy využívajú polovodičový pn prechod.

Schottkyho dióda vďačí za svoj názov a vzhľad v elektronike nemeckému fyzikovi Walterovi Schottkymu, ktorý v roku 1938 štúdiom novoobjaveného bariérového efektu potvrdil skoršiu teóriu, podľa ktorej potenciálna bariéra bránila aj emisii elektrónov z kovu. , ale s aplikovaným vonkajším elektrickým poľom sa táto bariéra zníži. Walter Schottky objavil tento efekt, ktorý sa potom nazýval Schottkyho efekt, na počesť vedca.

Fyzická stránka

Pri skúmaní kontaktu medzi kovom a polovodičom je možné vidieť, že ak sa v blízkosti povrchu polovodiča nachádza oblasť ochudobnená vo väčšine nosičov náboja, potom v oblasti kontaktu tohto polovodiča s kovom na strane polovodiča , vytvorí sa priestorová zóna náboj z ionizovaných akceptorov a donorov a dôjde k blokovaciemu kontaktu — samotná Schottkyho bariéra... Za akých podmienok táto bariéra vzniká? Prúd termionického žiarenia z povrchu pevnej látky je určený Richardsonovou rovnicou:

Vytvorme podmienky, že keď je polovodič, napríklad typu n, v kontakte s kovom, termodynamická pracovná funkcia elektrónov z kovu by bola väčšia ako termodynamická pracovná funkcia elektrónov z polovodiča. Za takýchto podmienok bude podľa Richardsonovej rovnice prúd termionického žiarenia z povrchu polovodiča väčší ako prúd termionického žiarenia z povrchu kovu:

V počiatočnom okamihu pri kontakte týchto materiálov prúd z polovodiča do kovu prekročí spätný prúd (z kovu do polovodiča), v dôsledku čoho v oblastiach blízkeho povrchu oboch polovodičov a kov, začnú sa hromadiť vesmírne náboje – kladné v polovodiči a záporné – v kove. V oblasti kontaktu vznikne elektrické pole tvorené týmito nábojmi a dôjde k ohybu energetických pásov.

Pri pôsobení poľa sa funkcia termodynamickej práce pre polovodič zvýši a zvyšovanie bude pokračovať, kým sa funkcie termodynamickej práce a zodpovedajúce prúdy termionického žiarenia aplikované na povrch v oblasti kontaktu nezrovnajú.

Obraz prechodu do rovnovážneho stavu s vytvorením potenciálnej bariéry pre polovodič typu p a kov je podobný ako v uvažovanom príklade s polovodičom typu n a kovom. Úlohou vonkajšieho napätia je regulovať výšku potenciálovej bariéry a silu elektrického poľa v oblasti priestorového náboja polovodiča.

Vyššie uvedený obrázok ukazuje plošné diagramy rôznych štádií tvorby Schottkyho bariéry. Pri rovnovážnych podmienkach v kontaktnej zóne sa tepelné emisné prúdy vyrovnávajú, vplyvom poľa sa objaví potenciálna bariéra, ktorej výška sa rovná rozdielu medzi termodynamickými pracovnými funkciami: φk = FMe — Фп / п.

Je zrejmé, že charakteristika prúdového napätia pre Schottkyho bariéru je asymetrická. V priepustnom smere sa prúd zvyšuje exponenciálne s aplikovaným napätím. V opačnom smere prúd nezávisí od napätia, v oboch prípadoch je prúd poháňaný elektrónmi ako hlavnými nosičmi náboja.

Preto sa Schottkyho diódy vyznačujú rýchlosťou, pretože vylučujú difúzne a rekombinačné procesy, ktoré si vyžadujú dodatočný čas. Závislosť prúdu od napätia súvisí so zmenou počtu nosičov, pretože tieto nosiče sú zapojené do procesu prenosu náboja. Vonkajšie napätie mení počet elektrónov, ktoré môžu prejsť z jednej strany Schottkyho bariéry na druhú stranu.

Vďaka výrobnej technológii a na základe opísaného princípu činnosti majú Schottkyho diódy nízky pokles napätia v priepustnom smere, oveľa menší ako tradičné p-n-diódy.

Tu aj malý počiatočný prúd cez kontaktnú oblasť vedie k uvoľneniu tepla, čo potom prispieva k vzniku ďalších nosičov prúdu. V tomto prípade nedochádza k vstrekovaniu menšinových nosičov náboja.

Schottkyho diódy preto nemajú žiadnu difúznu kapacitu, pretože neexistujú žiadne menšinové nosiče a v dôsledku toho je rýchlosť v porovnaní s polovodičovými diódami dosť vysoká. Ukazuje sa, že ide o zdanie ostrého asymetrického p-n prechodu.

V prvom rade sú teda Schottkyho diódy mikrovlnné diódy na rôzne účely: detektor, miešanie, lavínový prechod, parametrické, pulzné, násobiace. Schottkyho diódy možno použiť ako detektory žiarenia, tenzometre, detektory jadrového žiarenia, modulátory svetla a nakoniec vysokofrekvenčné usmerňovače.

Označenie Schottkyho diódy na schémach

Dióda Schottky dnes

Dnes sú Schottkyho diódy široko používané v elektronických zariadeniach. V diagramoch sú znázornené inak ako konvenčné diódy. Často nájdete duálne Schottkyho usmerňovače vyrobené v trojkolíkovej skrini typickej pre výkonové spínače. Takéto duálne štruktúry obsahujú vo vnútri dve Schottkyho diódy spojené katódami alebo anódami, častejšie ako katódy.

Diódy v zostave majú veľmi podobné parametre, keďže každý takýto uzol sa vyrába v jednom technologickom cykle a tým pádom je aj ich prevádzková teplota rovnaká a spoľahlivosť vyššia. Trvalý pokles napätia o 0,2-0,4 voltov spolu s vysokou rýchlosťou (jednotky nanosekúnd) sú nepochybnými výhodami Schottkyho diód oproti ich p-n náprotivkom.

Zvláštnosť Schottkyho bariéry v diódach v spojení s nízkym poklesom napätia sa prejavuje pri aplikovaných napätiach do 60 voltov, hoci rýchlosť zostáva stabilná. Dnes Schottkyho diódy typu 25CTQ045 (pre napätia do 45 voltov, pre prúdy do 30 ampérov na každý pár diód v zostave) nájdeme v mnohých spínaných zdrojoch, kde slúžia ako usmerňovače pre prúdy do niekoľkých sto kilohertzov.

Nemožno sa nedotknúť témy nevýhod Schottkyho diód, samozrejme sú a sú dve. Po prvé, krátkodobé prekročenie kritického napätia okamžite deaktivuje diódu. Po druhé, teplota silne ovplyvňuje maximálny spätný prúd. Pri veľmi vysokej teplote prechodu sa dióda jednoducho zlomí aj pri prevádzke s menovitým napätím.

Žiadny rádioamatér sa vo svojej praxi nezaobíde bez Schottkyho diód. Najpopulárnejšie diódy sú tu: 1N5817, 1N5818, 1N5819, 1N5822, SK12, SK13, SK14. Tieto diódy sú dostupné vo výstupnej aj SMD verzii. Hlavná vec, ktorú si rádioamatéri oceňujú, je ich vysoká rýchlosť a nízky pokles napätia na križovatke - maximálne 0,55 voltov - pri nízkej cene týchto komponentov.

Zriedkavé PCB sa zaobídu bez Schottkyho diód na ten či onen účel. Niekde Schottkyho dióda slúži ako nízkonapäťový usmerňovač pre obvod spätnej väzby, niekde - ako stabilizátor napätia na úrovni 0,3 - 0,4 voltu a niekde je to detektor.

V tabuľke nižšie si môžete pozrieť parametre dnes najbežnejších nízkovýkonových Schottkyho diód.