Schottky diodes - aparato, mga uri, katangian at paggamit

Ang Schottky diodes, o mas tiyak na Schottky barrier diodes, ay mga semiconductor device na ginawa batay sa isang metal-semiconductor contact, habang ang mga conventional diode ay gumagamit ng semiconductor pn junction.

Ang Schottky diode ay may utang sa pangalan nito at ang hitsura nito sa electronics sa German physicist na si Walter Schottky, na noong 1938, na pinag-aaralan ang bagong natuklasan na epekto ng hadlang, ay nakumpirma ang naunang teorya ayon sa kung saan kahit na ang paglabas ng mga electron mula sa metal ay nahahadlangan ng potensyal na hadlang. , ngunit sa inilapat na panlabas na electric field ang hadlang na ito ay bababa. Natuklasan ni Walter Schottky ang epektong ito, na noon ay tinatawag na Schottky effect, bilang parangal sa siyentipiko.

Pisikal na panig

Sinusuri ang contact sa pagitan ng metal at ng semiconductor, makikita na kung malapit sa ibabaw ng semiconductor mayroong isang rehiyon na naubos sa karamihan ng mga carrier ng singil, pagkatapos ay sa rehiyon ng contact ng semiconductor na ito na may metal sa gilid ng semiconductor , ang isang space zone ay nabuong singil mula sa mga ionized na acceptor at donor at may humarang na contact — ang Schottky barrier mismo ... Sa ilalim ng anong mga kundisyon nangyayari ang barrier na ito? Ang thermionic radiation na kasalukuyang mula sa ibabaw ng isang solid ay tinutukoy ng Richardson equation:

Gumawa tayo ng mga kondisyon kung saan kapag ang isang semiconductor, halimbawa n-type, ay nakikipag-ugnayan sa isang metal, ang thermodynamic work function ng mga electron mula sa metal ay magiging mas malaki kaysa sa thermodynamic work function ng mga electron mula sa semiconductor. Sa ilalim ng gayong mga kondisyon, ayon sa equation ni Richardson, ang thermionic radiation na kasalukuyang mula sa ibabaw ng semiconductor ay magiging mas malaki kaysa sa thermionic radiation na kasalukuyang mula sa ibabaw ng metal:

Sa unang sandali ng oras, sa pakikipag-ugnay sa mga materyales na ito, ang kasalukuyang mula sa semiconductor hanggang sa metal ay lalampas sa reverse current (mula sa metal hanggang sa semiconductor), bilang isang resulta kung saan sa malapit-ibabaw na mga rehiyon ng parehong semiconductors at metal, magsisimulang maipon ang mga singil sa espasyo — positibo sa semiconductor at negatibo — sa metal. Sa lugar ng pakikipag-ugnay, ang isang electric field na nabuo ng mga singil na ito ay babangon at isang baluktot ng mga banda ng enerhiya ay magaganap.

Sa ilalim ng pagkilos ng field, ang thermodynamic work function para sa semiconductor ay tataas at ang pagtaas ay magpapatuloy hanggang sa ang thermodynamic work functions at ang kaukulang thermionic radiation currents na inilapat sa ibabaw ay maging pantay sa contact region.

Ang larawan ng paglipat sa isang estado ng balanse na may pagbuo ng isang potensyal na hadlang para sa p-type na semiconductor at metal ay katulad ng itinuturing na halimbawa na may n-type na semiconductor at metal. Ang papel ng panlabas na boltahe ay upang ayusin ang taas ng potensyal na hadlang at ang lakas ng electric field sa space charge region ng semiconductor.

Ipinapakita ng figure sa itaas ang mga diagram ng lugar ng iba't ibang yugto ng pagbuo ng barrier ng Schottky. Sa ilalim ng mga kondisyon ng equilibrium sa contact zone, ang mga thermal emission currents ay equalize, dahil sa epekto ng field, isang potensyal na hadlang ang lilitaw, ang taas nito ay katumbas ng pagkakaiba sa pagitan ng mga thermodynamic work function: φk = FMe — Фп / п.

Malinaw, ang kasalukuyang-boltahe na katangian para sa Schottky barrier ay lumalabas na walang simetriko. Sa pasulong na direksyon, ang kasalukuyang pagtaas ng exponentially sa inilapat na boltahe. Sa kabaligtaran ng direksyon, ang kasalukuyang ay hindi nakasalalay sa boltahe. Sa parehong mga kaso, ang kasalukuyang ay hinihimok ng mga electron bilang pangunahing mga carrier ng singil.

Samakatuwid, ang mga diode ng Schottky ay nakikilala sa pamamagitan ng kanilang bilis, dahil hindi nila kasama ang mga proseso ng nagkakalat at recombination na nangangailangan ng karagdagang oras. Ang pag-asa ng kasalukuyang sa boltahe ay nauugnay sa isang pagbabago sa bilang ng mga carrier, dahil ang mga carrier na ito ay kasangkot sa proseso ng paglilipat ng singil. Binabago ng panlabas na boltahe ang bilang ng mga electron na maaaring dumaan mula sa isang bahagi ng Schottky barrier patungo sa kabilang panig.

Dahil sa teknolohiya ng pagmamanupaktura at batay sa inilarawan na prinsipyo ng pagpapatakbo, ang mga Schottky diode ay may mababang boltahe na drop sa pasulong na direksyon, mas maliit kaysa sa tradisyonal na p-n-diodes.

Dito, kahit na ang isang maliit na paunang kasalukuyang sa pamamagitan ng lugar ng contact ay humahantong sa pagpapalabas ng init, na pagkatapos ay nag-aambag sa paglitaw ng mga karagdagang kasalukuyang carrier. Sa kasong ito, walang iniksyon ng minority charge carriers.

Ang mga diode ng Schottky samakatuwid ay walang nagkakalat na kapasidad dahil walang mga carrier ng minorya at bilang isang resulta ang bilis ay medyo mataas kumpara sa mga semiconductor diodes. Ito ay lumalabas na isang pagkakahawig ng isang matalim na asymmetric p-n junction.

Kaya, una sa lahat, ang Schottky diodes ay mga microwave diode para sa iba't ibang layunin: detector, paghahalo, avalanche transit, parametric, pulsed, multiply. Ang mga Schottky diode ay maaaring gamitin bilang mga radiation detector, strain gauge, nuclear radiation detector, light modulator at panghuli, high frequency rectifier.

Ang pagtatalaga ng Schottky diode sa mga diagram

Diode Schottky ngayon

Ngayon, ang mga diode ng Schottky ay malawakang ginagamit sa mga elektronikong aparato. Sa mga diagram, ang mga ito ay inilalarawan nang iba mula sa mga maginoo na diode. Madalas mong mahahanap ang dalawahang Schottky rectifier na ginawa sa three-pin housing na tipikal ng mga power switch. Ang nasabing dalawahang istruktura ay naglalaman ng dalawang Schottky diode sa loob, na pinagsama ng mga cathode o anodes, mas madalas kaysa sa mga cathode.

Ang mga diode sa pagpupulong ay may halos magkatulad na mga parameter, dahil ang bawat naturang node ay ginawa sa isang teknolohikal na cycle, at bilang isang resulta, ang kanilang operating temperatura ay naaayon sa pareho at ang pagiging maaasahan ay mas mataas. Ang isang matagal na pagbaba ng boltahe na 0.2-0.4 volts kasama ang mataas na bilis (mga yunit ng nanosecond) ay ang hindi mapag-aalinlanganang mga bentahe ng Schottky diodes sa kanilang mga p-n na katapat.

Ang kakaiba ng Schottky barrier sa mga diode, na may kaugnayan sa isang mababang boltahe na pagbaba, ay ipinahayag sa mga inilapat na boltahe na hanggang sa 60 volts, bagaman ang bilis ay nananatiling matatag. Sa ngayon, ang mga Schottky diode ng 25CTQ045 na uri (para sa mga boltahe hanggang 45 volts, para sa mga alon hanggang 30 amperes para sa bawat pares ng mga diode sa pagpupulong) ay matatagpuan sa maraming switching power supply, kung saan nagsisilbi silang mga rectifier para sa mga alon hanggang sa ilang daang kilohertz.

Imposibleng hindi hawakan ang paksa ng mga disadvantages ng Schottky diodes, siyempre sila at mayroong dalawa sa kanila. Una, ang isang panandaliang labis ng kritikal na boltahe ay agad na hindi paganahin ang diode. Pangalawa, ang temperatura ay malakas na nakakaapekto sa maximum na reverse kasalukuyang. Sa isang napakataas na temperatura ng junction, ang diode ay masisira kahit na kapag tumatakbo sa rate na boltahe.

Walang radio amateur ang makakagawa nang walang Schottky diodes sa kanyang pagsasanay. Ang pinakasikat na mga diode ay maaaring mapansin dito: 1N5817, 1N5818, 1N5819, 1N5822, SK12, SK13, SK14. Ang mga diode na ito ay magagamit sa parehong mga bersyon ng output at SMD. Ang pangunahing bagay na labis na pinahahalagahan ng mga radio amateurs ay ang kanilang mataas na bilis at mababang junction voltage drop — maximum na 0.55 volts — sa mababang halaga ng mga bahaging ito.

Ang isang bihirang PCB ay walang Schottky diodes para sa isang layunin o iba pa. Sa isang lugar ang Schottky diode ay nagsisilbing isang low-power rectifier para sa feedback circuit, sa isang lugar - bilang isang stabilizer ng boltahe sa antas ng 0.3 - 0.4 volts, at sa isang lugar ito ay isang detector.

Sa talahanayan sa ibaba maaari mong makita ang mga parameter ng pinakakaraniwang mababang-kapangyarihan na mga diode ng Schottky ngayon.