Schottky-diodit - laite, tyypit, ominaisuudet ja käyttö

Schottky-diodit tai tarkemmin sanottuna Schottky-sulkudiodit ovat puolijohdelaitteita, jotka on valmistettu metalli-puolijohdekontaktin perusteella, kun taas tavanomaisissa diodeissa käytetään puolijohde-pn-liitosta.

Schottky-diodi on nimensä ja ilmestymisensä elektroniikassa velkaa saksalaiselle fyysikolle Walter Schottkylle, joka vuonna 1938 äskettäin löydettyä esteilmiötä tutkiessaan vahvisti aikaisemman teorian, jonka mukaan potentiaalieste esti jopa elektronien emissiota metallista. , mutta käytetyllä ulkoisella sähkökentällä tämä este pienenee. Walter Schottky löysi tämän vaikutuksen, jota silloin kutsuttiin Schottky-ilmiöksi, tiedemiehen kunniaksi.

Fyysinen puoli

Metallin ja puolijohteen välistä kosketusta tarkasteltaessa voidaan havaita, että jos puolijohteen pinnan lähellä on useimmissa varauksenkuljettajissa tyhjentynyt alue, niin tämän puolijohteen kosketusalueella puolijohteen puolella olevan metallin kanssa. , ionisoituneista vastaanottajista ja luovuttajista muodostuu varausvyöhyke ja muodostuu estävä kosketus — itse Schottky-este... Missä olosuhteissa tämä este syntyy? Kiinteän aineen pinnalta tuleva termioninen säteilyvirta määräytyy Richardsonin yhtälöllä:

Luodaan olosuhteet, joissa puolijohteen, esimerkiksi n-tyypin, ollessa kosketuksissa metalliin, metallista tulevien elektronien termodynaaminen työfunktio olisi suurempi kuin puolijohteesta tulevien elektronien termodynaaminen työfunktio. Tällaisissa olosuhteissa, Richardsonin yhtälön mukaan, puolijohteen pinnasta tuleva lämpösäteilyvirta on suurempi kuin metallipinnan lämpösäteilyvirta:

Alkuhetkellä näiden materiaalien kosketuksissa virta puolijohteesta metalliin ylittää käänteisen virran (metallista puolijohteeseen), minkä seurauksena molempien puolijohteiden pinnan lähialueilla ja metalli, avaruusvaraukset alkavat kerääntyä - positiivisia puolijohteessa ja negatiivisia - metallissa. Kosketusalueella syntyy näiden varausten muodostama sähkökenttä ja energiakaistojen taipuminen tapahtuu.

Kentän vaikutuksesta puolijohteen termodynaaminen työfunktio kasvaa ja kasvu jatkuu, kunnes termodynaamiset työfunktiot ja niitä vastaavat pintaan kohdistetut termiset säteilyvirrat tasoittuvat kosketusalueella.

Kuva siirtymisestä tasapainotilaan, jossa p-tyypin puolijohteen ja metallin potentiaalisulku muodostuu, on samanlainen kuin tarkasteltavassa esimerkissä n-tyypin puolijohteen ja metallin kanssa. Ulkoisen jännitteen tehtävänä on säädellä potentiaalisulun korkeutta ja sähkökentän voimakkuutta puolijohteen avaruusvarausalueella.

Yllä oleva kuva esittää aluekaavioita Schottky-esteen muodostumisen eri vaiheista. Kosketusvyöhykkeen tasapainoolosuhteissa lämpöemissiovirrat tasoittuvat, kentän vaikutuksesta syntyy potentiaalisulku, jonka korkeus on yhtä suuri kuin termodynaamisten työfunktioiden välinen ero: φk = FMe — Фп / п.

Ilmeisesti Schottky-esteen virta-jännite-ominaisuus osoittautuu epäsymmetriseksi. Eteenpäin virta kasvaa eksponentiaalisesti käytetyn jännitteen mukaan. Päinvastaisessa suunnassa virta ei riipu jännitteestä, vaan molemmissa tapauksissa virtaa ohjaavat elektronit päävarauksen kantajina.

Siksi Schottky-diodit erottuvat nopeudestaan, koska ne sulkevat pois haja- ja rekombinaatioprosessit, jotka vaativat lisäaikaa. Virran riippuvuus jännitteestä liittyy kantoaaltojen lukumäärän muutokseen, koska nämä kantajat ovat mukana varauksen siirtoprosessissa. Ulkoinen jännite muuttaa niiden elektronien määrää, jotka voivat kulkea Schottky-esteen toiselta puolelta toiselle.

Valmistustekniikasta johtuen ja kuvattuun toimintaperiaatteeseen perustuen Schottky-diodeissa on pieni jännitehäviö eteenpäin suunnassa, paljon pienempi kuin perinteisillä p-n-diodeilla.

Täällä jopa pieni alkuvirta kosketusalueen läpi johtaa lämmön vapautumiseen, mikä sitten myötävaikuttaa ylimääräisten virrankantajien ilmestymiseen. Tässä tapauksessa ei ole vähemmistövarauksenkantajien injektiota.

Schottky-diodeissa ei siis ole hajakapasitanssia, koska niissä ei ole vähemmistökantoaaltoja, minkä seurauksena nopeus on melko suuri verrattuna puolijohdediodeihin. Se osoittautuu terävän epäsymmetrisen p-n-liitoksen ilmeeksi.

Siten ensinnäkin Schottky-diodit ovat mikroaaltodiodeja eri tarkoituksiin: ilmaisin, sekoitus, lumivyörykulku, parametrinen, pulssi, kertominen. Schottky-diodeja voidaan käyttää säteilyilmaisimina, venymäantureina, ydinsäteilyn ilmaisimina, valomodulaattoreina ja lopuksi suurtaajuustasasuuntaajina.

Schottky-diodimerkintä kaavioissa

Diodi Schottky tänään

Nykyään Schottky-diodeja käytetään laajalti elektronisissa laitteissa. Kaavioissa ne on kuvattu eri tavalla kuin perinteiset diodit. Usein löydät kaksi Schottky-tasasuuntaajia, jotka on tehty virtakytkimille tyypilliseen kolminapaiseen koteloon. Tällaisissa kaksoisrakenteissa on sisällä kaksi Schottky-diodia, jotka on yhdistetty katodeilla tai anodeilla, useammin kuin katodeilla.

Kokoonpanon diodeilla on hyvin samankaltaiset parametrit, koska jokainen tällainen solmu valmistetaan yhdessä teknologisessa syklissä, ja sen seurauksena niiden käyttölämpötila on vastaavasti sama ja luotettavuus suurempi. Jatkuva 0,2-0,4 voltin jännitehäviö sekä suuri nopeus (nanosekunnin yksikkö) ovat Schottky-diodien kiistattomia etuja p-n-vastineisiinsa nähden.

Diodien Schottky-sulun erikoisuus pienen jännitehäviön yhteydessä ilmenee jopa 60 voltin jännitteissä, vaikka nopeus pysyykin vakaana. Nykyään 25CTQ045-tyyppisiä Schottky-diodeja (jopa 45 voltin jännitteille, virroille enintään 30 ampeeria jokaiselle kokoonpanon diodiparille) löytyy monista kytkentävirtalähteistä, joissa ne toimivat tasasuuntaajina jopa useille virroille. sata kilohertsiä.

On mahdotonta olla koskematta aiheeseen Schottky-diodien haitoista, tietysti ne ovat ja niitä on kaksi. Ensinnäkin kriittisen jännitteen lyhytaikainen ylitys poistaa välittömästi diodin käytöstä. Toiseksi lämpötila vaikuttaa voimakkaasti maksimikäänteisvirtaan. Erittäin korkeassa liitoslämpötilassa diodi yksinkertaisesti rikkoutuu, vaikka se toimii nimellisjännitteellä.

Yksikään radioamatööri ei tule toimeen ilman Schottky-diodeja. Suosituimmat diodit voidaan merkitä tähän: 1N5817, 1N5818, 1N5819, 1N5822, SK12, SK13, SK14. Nämä diodit ovat saatavilla sekä lähtö- että SMD-versioina. Tärkein asia, jota radioamatöörit arvostavat niitä niin paljon, on niiden suuri nopeus ja alhainen liitosjännitehäviö – enintään 0,55 volttia – näiden komponenttien alhaisilla kustannuksilla.

Harvinainen piirilevy pärjää ilman Schottky-diodeja johonkin tarkoitukseen. Jossain Schottky-diodi toimii pienitehoisena tasasuuntaajana takaisinkytkentäpiirille, jossain - jännitteen stabilisaattorina 0,3 - 0,4 voltin tasolla, ja jossain se on ilmaisin.

Alla olevasta taulukosta näet tämän päivän yleisimpien pienitehoisten Schottky-diodien parametrit.