Diode Schottky - dispozitiv, tipuri, caracteristici și utilizare

Diodele Schottky, sau mai precis diodele de barieră Schottky, sunt dispozitive semiconductoare realizate pe baza unui contact metal-semiconductor, în timp ce diodele convenționale folosesc o joncțiune pn semiconductoare.

Dioda Schottky își datorează numele și apariția în electronică fizicianului german Walter Schottky, care în 1938, studiind efectul de barieră recent descoperit, a confirmat teoria anterioară conform căreia chiar și emisia de electroni din metal era împiedicată de bariera de potențial. , dar cu câmpul electric extern aplicat această barieră va scădea. Walter Schottky a descoperit acest efect, care a fost numit atunci efect Schottky, în onoarea omului de știință.

Partea fizică

Examinând contactul dintre metal și semiconductor, se poate observa că dacă în apropierea suprafeței semiconductorului există o regiune epuizată în majoritatea purtătorilor de sarcină, atunci în regiunea de contact a acestui semiconductor cu metalul de pe partea semiconductorului. , o zonă spațială se formează încărcătură din acceptori și donatori ionizați și are loc un contact de blocare — bariera Schottky în sine... În ce condiții apare această barieră? Curentul de radiație termoionică de la suprafața unui solid este determinat de ecuația Richardson:

Să creăm condiții în care atunci când un semiconductor, de exemplu de tip n, este în contact cu un metal, funcția de lucru termodinamică a electronilor din metal ar fi mai mare decât funcția de lucru termodinamică a electronilor din semiconductor. În astfel de condiții, conform ecuației lui Richardson, curentul de radiație termoionică de la suprafața semiconductorului va fi mai mare decât curentul de radiație termoionică de la suprafața metalului:

În momentul inițial de timp, la contactul acestor materiale, curentul de la semiconductor la metal va depăși curentul invers (de la metal la semiconductor), drept urmare în regiunile apropiate de suprafață atât ale semiconductorilor cât și metal, sarcinile spațiale vor începe să se acumuleze - pozitive în semiconductor și negative - în metal. În zona de contact va apărea un câmp electric format din aceste sarcini și va avea loc o îndoire a benzilor de energie.

Sub acțiunea câmpului, funcția de lucru termodinamică pentru semiconductor va crește și creșterea va continua până când funcțiile de lucru termodinamice și curenții corespunzători de radiație termoionică aplicați suprafeței devin egale în regiunea de contact.

Imaginea trecerii la o stare de echilibru cu formarea unei bariere de potențial pentru semiconductor de tip p și metal este similară cu exemplul considerat cu semiconductor și metal de tip n. Rolul tensiunii externe este de a regla înălțimea barierei de potențial și puterea câmpului electric în regiunea de încărcare spațială a semiconductorului.

Figura de mai sus prezintă diagramele de zonă ale diferitelor etape ale formării barierei Schottky. În condiții de echilibru în zona de contact, curenții de emisie termică se egalizează, datorită efectului câmpului, apare o barieră de potențial, a cărei înălțime este egală cu diferența dintre funcțiile de lucru termodinamice: φk = FMe — Фп / п.

Evident, caracteristica curent-tensiune pentru bariera Schottky se dovedește a fi asimetrică. În direcția înainte, curentul crește exponențial cu tensiunea aplicată. În sens opus, curentul nu depinde de tensiune.În ambele cazuri, curentul este condus de electroni ca purtători principali de sarcină.

Prin urmare, diodele Schottky se disting prin viteza lor, deoarece exclud procesele difuze și de recombinare care necesită timp suplimentar. Dependența curentului de tensiune este legată de o modificare a numărului de purtători, deoarece acești purtători sunt implicați în procesul de transfer al sarcinii. Tensiunea externă modifică numărul de electroni care pot trece de la o parte a barierei Schottky pe cealaltă.

Datorită tehnologiei de fabricație și pe baza principiului de funcționare descris, diodele Schottky au o cădere de tensiune scăzută în direcția înainte, mult mai mică decât cea a diodelor p-n-tradiționale.

Aici, chiar și un curent inițial mic prin zona de contact duce la eliberarea de căldură, care contribuie apoi la apariția unor purtători de curent suplimentari. În acest caz, nu există injecție de purtători minoritari de taxe.

Prin urmare, diodele Schottky nu au o capacitate difuză, deoarece nu există purtători minoritari și, prin urmare, viteza este destul de mare în comparație cu diodele semiconductoare. Se dovedește a fi o aparență de joncțiune p-n asimetrică ascuțită.

Astfel, în primul rând, diodele Schottky sunt diode cu microunde pentru diverse scopuri: detector, amestecare, tranzit de avalanșă, parametrice, pulsate, multiplicatoare. Diodele Schottky pot fi folosite ca detectoare de radiații, tensiometre, detectoare de radiații nucleare, modulatoare de lumină și în final redresoare de înaltă frecvență.

Desemnarea diodei Schottky pe diagrame

Dioda Schottky astăzi

Astăzi, diodele Schottky sunt utilizate pe scară largă în dispozitivele electronice. În diagrame, acestea sunt reprezentate diferit de diodele convenționale. Puteți găsi adesea redresoare Schottky duble realizate în carcasa cu trei pini tipică întrerupătoarelor de alimentare. Astfel de structuri duale conțin în interior două diode Schottky, unite prin catozi sau anozi, mai des decât catozi.

Diodele din ansamblu au parametri foarte similari, deoarece fiecare astfel de nod este produs într-un singur ciclu tehnologic și, ca urmare, temperatura lor de funcționare este în consecință aceeași și fiabilitatea este mai mare. O scădere susținută de tensiune de 0,2-0,4 volți împreună cu viteza mare (unități de nanosecunde) sunt avantajele incontestabile ale diodelor Schottky față de omologii lor p-n.

Particularitatea barierei Schottky în diode, în legătură cu o cădere scăzută de tensiune, se manifestă la tensiuni aplicate de până la 60 de volți, deși viteza rămâne constantă. Astăzi, diode Schottky de tip 25CTQ045 (pentru tensiuni de până la 45 de volți, pentru curenți de până la 30 de amperi pentru fiecare pereche de diode din ansamblu) pot fi găsite în multe surse de alimentare în comutație, unde servesc ca redresoare pentru curenți de până la mai multe o sută de kiloherți.

Este imposibil să nu atingeți subiectul dezavantajelor diodelor Schottky, desigur că sunt și există două dintre ele. În primul rând, un exces pe termen scurt al tensiunii critice va dezactiva imediat dioda. În al doilea rând, temperatura afectează puternic curentul invers maxim. La o temperatură de joncțiune foarte ridicată, dioda se va rupe pur și simplu atunci când funcționează la tensiunea nominală.

Niciun radioamator nu poate face fără diode Schottky în practica sa. Cele mai populare diode pot fi remarcate aici: 1N5817, 1N5818, 1N5819, 1N5822, SK12, SK13, SK14. Aceste diode sunt disponibile în ambele versiuni de ieșire și SMD. Principalul lucru pe care radioamatorii îi apreciază atât de mult este viteza lor mare și căderea scăzută a tensiunii la joncțiune - maximum 0,55 volți - la un cost scăzut al acestor componente.

Un PCB rar se descurcă fără diode Schottky într-un scop sau altul. Undeva, dioda Schottky servește ca redresor de putere redusă pentru circuitul de feedback, undeva - ca stabilizator de tensiune la nivelul de 0,3 - 0,4 volți, iar undeva este un detector.

În tabelul de mai jos puteți vedea parametrii celor mai comune diode Schottky de putere redusă astăzi.