Schottky diódák - készülék, típusok, jellemzők és felhasználás

A Schottky-diódák, pontosabban a Schottky-gátdiódák fém-félvezető érintkező alapján készült félvezető eszközök, míg a hagyományos diódák félvezető pn átmenetet használnak.

A Schottky-dióda nevét és az elektronikában való megjelenését Walter Schottky német fizikusnak köszönheti, aki 1938-ban az újonnan felfedezett gáteffektust tanulmányozva megerősítette azt a korábbi elméletet, amely szerint még az elektronok kibocsátását is akadályozta a fémből a potenciálgát. , de az alkalmazott külső elektromos térrel ez az akadály csökkenni fog. Walter Schottky fedezte fel ezt a hatást, amelyet akkoriban Schottky-effektusnak neveztek, a tudós tiszteletére.

Fizikai oldal

A fém és a félvezető érintkezését vizsgálva látható, hogy ha a félvezető felületének közelében a legtöbb töltéshordozóban van egy kimerült tartomány, akkor ennek a félvezetőnek a fémmel való érintkezési tartományában a félvezető oldalán. , az ionizált akceptorokból és donorokból egy térzóna töltés keletkezik, és blokkoló érintkezés jön létre - maga a Schottky-gát ... Milyen körülmények között lép fel ez a gát? A szilárd test felületéről érkező termionos sugárzási áramot a Richardson-egyenlet határozza meg:

Teremtsünk olyan feltételeket, hogy amikor egy félvezető, például n-típusú, fémmel érintkezik, a fémből származó elektronok termodinamikai munkafüggvénye nagyobb lenne, mint a félvezetőből származó elektronok termodinamikai munkafüggvénye. Ilyen körülmények között, a Richardson-egyenlet szerint, a félvezető felületéről érkező termikus sugárzási áram nagyobb lesz, mint a fémfelületről érkező termikus sugárzási áram:

A kezdeti pillanatban ezen anyagok érintkezésekor a félvezetőből a fémbe áramló áram meghaladja a fordított áramot (a fémtől a félvezető felé), aminek következtében mindkét félvezető, ill. fém, tértöltések kezdenek felhalmozódni - pozitív a félvezetőben és negatív - a fémben. Az érintkezési területen ezeknek a töltéseknek az elektromos mezője keletkezik, és az energiasávok meghajlódnak.

A tér hatására a félvezető termodinamikai munkafüggvénye növekszik és a növekedés addig folytatódik, amíg a termodinamikai munkafüggvények és a felületre ható termikus sugárzási áramok egyenlővé nem válnak az érintkezési tartományban.

A p-típusú félvezető és fém potenciálgát kialakulásával az egyensúlyi állapotba való átmenet képe hasonló az n-típusú félvezető és fém esetében vizsgált példához. A külső feszültség szerepe a potenciálgát magasságának és az elektromos tér erősségének szabályozása a félvezető tértöltési tartományában.

A fenti ábra a Schottky-gátképződés különböző szakaszainak területdiagramjait mutatja. Az érintkezési zónában egyensúlyi viszonyok között a termikus emissziós áramok kiegyenlítődnek, a tér hatására egy potenciálgát jelenik meg, melynek magassága megegyezik a termodinamikai munkafüggvények különbségével: φk = FMe — Фп / п.

Nyilvánvaló, hogy a Schottky-sorompó áram-feszültség karakterisztikája aszimmetrikusnak bizonyul. Előreirányban az áram exponenciálisan növekszik a rákapcsolt feszültséggel. Ellenkező irányban az áramerősség nem függ a feszültségtől, az áramot mindkét esetben az elektronok, mint fő töltéshordozók hajtják.

Ezért a Schottky-diódákat sebességük különbözteti meg, mivel kizárják a diffúz és rekombinációs folyamatokat, amelyek további időt igényelnek. Az áram feszültségtől való függése a hordozók számának változásával függ össze, mivel ezek a hordozók részt vesznek a töltésátviteli folyamatban. A külső feszültség megváltoztatja azon elektronok számát, amelyek a Schottky-gát egyik oldaláról a másik oldalra tudnak átjutni.

A gyártástechnológiából adódóan és a leírt működési elv alapján a Schottky diódák előremenő irányú feszültségesése alacsony, sokkal kisebb, mint a hagyományos p-n-diódáké.

Itt még egy kis kezdeti áram az érintkezési területen keresztül hő felszabadulásához vezet, ami azután hozzájárul további áramhordozók megjelenéséhez. Ebben az esetben nincs kisebbségi töltéshordozók injektálása.

A Schottky-diódák ezért nem rendelkeznek diffúz kapacitással, mivel nincsenek kisebbségi vivők, és ennek eredményeként a sebesség meglehetősen magas a félvezető diódákhoz képest. Kiderül, hogy egy éles aszimmetrikus p-n átmenet látszata.

Így mindenekelőtt a Schottky-diódák mikrohullámú diódák különféle célokra: detektor, keverés, lavina tranzit, parametrikus, impulzus, szorzás. A Schottky-diódák sugárzásérzékelőként, nyúlásmérőként, nukleáris sugárzás detektorként, fénymodulátorként és végül nagyfrekvenciás egyenirányítóként használhatók.

Schottky dióda jelölése diagramokon

Schottky dióda ma

Manapság a Schottky-diódákat széles körben használják elektronikus eszközökben. Az ábrákon a hagyományos diódáktól eltérően vannak ábrázolva. Gyakran találkozhatunk dupla Schottky egyenirányítókkal, amelyek a tápkapcsolókra jellemző hárompólusú házban készülnek. Az ilyen kettős szerkezetek belsejében két Schottky-diódát tartalmaznak, amelyeket katódok vagy anódok kapcsolnak össze, gyakrabban, mint katódokat.

A szerelvényben lévő diódák nagyon hasonló paraméterekkel rendelkeznek, mivel minden ilyen csomópont egy technológiai ciklusban készül, és ennek eredményeként az üzemi hőmérsékletük azonos és a megbízhatóság is nagyobb. A tartós 0,2-0,4 voltos feszültségesés és a nagy sebesség (nanoszekundum egységekben) a Schottky-diódák kétségtelen előnyei p-n társaikkal szemben.

A Schottky-gát diódákban az alacsony feszültségeséssel kapcsolatos sajátossága 60 V-ig terjedő alkalmazott feszültségeknél nyilvánul meg, bár a sebesség változatlan marad. A 25CTQ045 típusú Schottky-diódák (max. 45 voltos feszültséghez, a szerelvényben lévő diódapáronként 30 amperig) megtalálhatók számos kapcsolóüzemű tápegységben, ahol egyenirányítóként szolgálnak akár több áramhoz. száz kilohertz.

A Schottky-diódák hátrányainak témáját nem lehet nem érinteni, persze, hogy vannak és kettő van belőlük. Először is, a kritikus feszültség rövid távú túllépése azonnal letiltja a diódát. Másodszor, a hőmérséklet erősen befolyásolja a maximális fordított áramot. Nagyon magas csomóponti hőmérsékleten a dióda egyszerűen eltörik, még akkor is, ha névleges feszültségen működik.

Egyetlen rádióamatőr sem nélkülözheti a Schottky-diódákat a gyakorlatában. A legnépszerűbb diódák itt találhatók: 1N5817, 1N5818, 1N5819, 1N5822, SK12, SK13, SK14. Ezek a diódák kimeneti és SMD változatban is elérhetőek. A legfontosabb dolog, amit a rádióamatőrök annyira értékelnek, az a nagy sebességük és az alacsony csatlakozási feszültségesésük – maximum 0,55 volt – ezen alkatrészek alacsony költsége mellett.

Egy ritka PCB ilyen vagy olyan célra megteszi a Schottky-diódákat. A Schottky-dióda valahol kis teljesítményű egyenirányítóként szolgál a visszacsatoló áramkör számára, valahol - 0,3 - 0,4 voltos feszültségstabilizátorként, valahol pedig detektor.

Az alábbi táblázatban a manapság legelterjedtebb kis teljesítményű Schottky-diódák paramétereit láthatja.