Schottky diodai - prietaisas, tipai, charakteristikos ir naudojimas

Schottky diodai, tiksliau Schottky barjeriniai diodai, yra puslaidininkiniai įtaisai, pagaminti metalo ir puslaidininkio kontakto pagrindu, o įprastuose dioduose naudojama puslaidininkinė pn jungtis.

Schottky diodas dėl savo pavadinimo ir atsiradimo elektronikoje skolingas vokiečių fizikui Walteriui Schottky, kuris 1938 m., tyrinėdamas naujai atrastą barjerinį efektą, patvirtino ankstesnę teoriją, pagal kurią potencialo barjeras trukdė net elektronų emisijai iš metalo. , tačiau naudojant išorinį elektrinį lauką šis barjeras sumažės. Walteris Schottky atrado šį efektą, kuris tada buvo vadinamas Šotkio efektu, mokslininko garbei.

Fizinė pusė

Nagrinėjant metalo ir puslaidininkio kontaktą, matyti, kad jei šalia puslaidininkio paviršiaus yra daugumoje krūvininkų išeikvota sritis, tai šio puslaidininkio sąlyčio su metalu srityje puslaidininkio šone. , iš jonizuotų akceptorių ir donorų susidaro erdvės zona ir atsiranda blokuojantis kontaktas – pats Šotkio barjeras... Kokiomis sąlygomis atsiranda šis barjeras? Termioninės spinduliuotės srovė iš kietojo kūno paviršiaus nustatoma pagal Richardsono lygtį:

Sukurkime sąlygas, kai puslaidininkiui, pavyzdžiui, n tipo, kontaktuojant su metalu, elektronų iš metalo termodinaminė darbo funkcija būtų didesnė nei puslaidininkio elektronų termodinaminė darbo funkcija. Esant tokioms sąlygoms, pagal Richardsono lygtį, puslaidininkio paviršiaus terminio spinduliavimo srovė bus didesnė už terminio spinduliavimo srovę iš metalo paviršiaus:

Pradiniu laiko momentu šioms medžiagoms susilietus srovė iš puslaidininkio į metalą viršys atvirkštinę srovę (nuo metalo į puslaidininkį), dėl to abiejų puslaidininkių paviršiniuose plotuose ir metalo, pradės kauptis erdvės krūviai – teigiami puslaidininkyje ir neigiami – metale. Kontakto srityje atsiras šių krūvių suformuotas elektrinis laukas ir įvyks energijos juostų lenkimas.

Veikiant laukui, termodinaminė darbo funkcija puslaidininkiui padidės ir didėjimas tęsis tol, kol kontaktinėje srityje termodinaminės darbo funkcijos ir atitinkamos paviršiui taikomos terminės spinduliuotės srovės taps vienodos.

Perėjimo į pusiausvyros būseną vaizdas, kai susidaro potencialo barjeras p tipo puslaidininkiui ir metalui, yra panašus į nagrinėjamą pavyzdį su n tipo puslaidininkiu ir metalu. Išorinės įtampos vaidmuo yra reguliuoti potencialo barjero aukštį ir elektrinio lauko stiprumą puslaidininkio erdvės krūvio srityje.

Aukščiau pateiktame paveikslėlyje parodytos įvairių Schottky barjerų formavimosi etapų plotų diagramos. Esant pusiausvyros sąlygoms kontaktinėje zonoje šiluminės emisijos srovės susilygina, dėl lauko poveikio atsiranda potencialo barjeras, kurio aukštis lygus termodinaminių darbo funkcijų skirtumui: φk = FMe — Фп / п.

Akivaizdu, kad Schottky barjero srovės įtampos charakteristika yra asimetrinė. Priekyje srovė didėja eksponentiškai, kai naudojama įtampa. Priešinga kryptimi srovė nepriklauso nuo įtampos Abiem atvejais srovę varo elektronai kaip pagrindiniai krūvininkai.

Todėl Schottky diodai išsiskiria savo greičiu, nes neįtraukia difuzinių ir rekombinacinių procesų, kuriems reikia papildomo laiko. Srovės priklausomybė nuo įtampos yra susijusi su nešėjų skaičiaus pasikeitimu, nes šie nešikliai dalyvauja krūvio perdavimo procese. Išorinė įtampa keičia elektronų, galinčių pereiti iš vienos Šotkio barjero pusės į kitą, skaičių.

Dėl gamybos technologijos ir remiantis aprašytu veikimo principu Schottky diodai turi mažą įtampos kritimą į priekį, daug mažesnį nei tradicinių p-n-diodų.

Čia net maža pradinė srovė per kontaktinę sritį sukelia šilumos išsiskyrimą, o tai vėliau prisideda prie papildomų srovės nešėjų atsiradimo. Šiuo atveju nėra mažumos krūvininkų injekcijos.

Todėl Schottky diodai neturi difuzinės talpos, nes nėra mažumos nešėjų, todėl greitis yra gana didelis, palyginti su puslaidininkiniais diodais. Pasirodo, tai yra aštrios asimetrinės p-n sandūros panašumas.

Taigi, pirmiausia, Schottky diodai yra mikrobangų diodai, skirti įvairioms reikmėms: detektoriui, maišymui, lavinų tranzitui, parametriniams, impulsiniams, dauginamiesiems. Schottky diodai gali būti naudojami kaip spinduliuotės detektoriai, deformacijos matuokliai, branduolinės spinduliuotės detektoriai, šviesos moduliatoriai ir galiausiai aukšto dažnio lygintuvai.

Schottky diodo žymėjimas diagramose

Diodas Schottky šiandien

Šiandien Schottky diodai plačiai naudojami elektroniniuose įrenginiuose. Diagramose jie pavaizduoti kitaip nei įprasti diodai. Dažnai galite rasti dvigubus Schottky lygintuvus, pagamintus trijų kontaktų korpuse, būdingame maitinimo jungikliams. Tokių dvigubų struktūrų viduje yra du Schottky diodai, sujungti katodų arba anodų, dažniau nei katodų.

Montavimo diodai turi labai panašius parametrus, nes kiekvienas toks mazgas gaminamas per vieną technologinį ciklą ir dėl to jų darbo temperatūra yra atitinkamai vienoda ir patikimumas didesnis. Nuolatinis 0,2–0,4 volto įtampos kritimas kartu su dideliu greičiu (nanosekundžių vienetais) yra neabejotinas Schottky diodų pranašumas, palyginti su jų p-n analogais.

Schottky barjero ypatumas dioduose, susijęs su žemos įtampos kritimu, pasireiškia esant įtampai iki 60 voltų, nors greitis išlieka nepakitęs. Šiandien 25CTQ045 tipo Schottky diodus (iki 45 voltų įtampai, srovei iki 30 amperų kiekvienai diodų porai komplekte) galima rasti daugelyje perjungimo maitinimo šaltinių, kur jie tarnauja kaip lygintuvai srovėms iki kelių. šimtas kilohercų.

Neįmanoma neliesti temos apie Schottky diodų trūkumus, žinoma, jie yra ir jų yra du. Pirma, trumpalaikis kritinės įtampos perteklius iš karto išjungs diodą. Antra, temperatūra stipriai veikia maksimalią atvirkštinę srovę. Esant labai aukštai sankryžos temperatūrai, diodas tiesiog nutrūks net ir veikiant vardine įtampa.

Nė vienas radijo mėgėjas savo praktikoje neapsieina be Schottky diodų. Čia galima pažymėti populiariausius diodus: 1N5817, 1N5818, 1N5819, 1N5822, SK12, SK13, SK14. Šie diodai yra tiek išvesties, tiek SMD versijose. Pagrindinis dalykas, kurį radijo mėgėjai taip vertina, yra didelis greitis ir mažas sankryžos įtampos kritimas – daugiausia 0,55 volto – už mažą šių komponentų kainą.

Retas PCB vienam ar kitam tikslui apsieina be Schottky diodų. Kai kur Schottky diodas tarnauja kaip mažos galios grįžtamojo ryšio grandinės lygintuvas, kai kur - kaip įtampos stabilizatorius, esant 0,3–0,4 volto lygiui, o kažkur tai yra detektorius.

Žemiau esančioje lentelėje galite pamatyti šiandien dažniausiai naudojamų mažos galios Schottky diodų parametrus.