Diody z barierą Schottky'ego są diodami półprzewodnikowymi zaprojektowanymi z minimalnym napięciem przewodzenia i dużą prędkością przełączania, która może wynosić nawet 10 ns. Są one produkowane w zakresie prądów od 500 mA do 5 amperów i do 40 V. Dzięki tym cechom stają się szczególnie przydatne w zastosowaniach niskonapięciowych i wysokich częstotliwości, takich jak SMPS, a także jako wydajne diody gaszące.
Symbol urządzenia przedstawiono na poniższym obrazku:
Kurtuazja: https://en.wikipedia.org/wiki/Schottky_diode
Konstrukcja wewnętrzna
Diody Schottky'ego są zbudowane inaczej niż tradycyjne diody złączowe p-n. Zamiast węzła p-n są budowane przy użyciu rozszerzenia metalowe złącze półprzewodnikowe jak pokazano niżej.
Sekcja półprzewodnikowa jest w większości zbudowana z krzemu typu n, a także z wielu różnych materiałów, takich jak platyna, wolfram, molibden, chrom itp. Dioda może mieć inny zestaw właściwości w zależności od zastosowanego materiału, umożliwiając im lepsze prędkość przełączania, niższy spadek napięcia do przodu itp.
Jak to działa
W diodach Schottky'ego elektrony stają się większościowym nośnikiem w materiale półprzewodnikowym, podczas gdy w metalu występują niezwykle małe nośniki mniejszościowe (dziury). Kiedy te dwa materiały są połączone, elektrony obecne w półprzewodniku krzemowym zaczynają gwałtownie płynąć w kierunku połączonego metalu, powodując masowy transfer większości nośników. Ze względu na ich zwiększoną energię kinetyczną niż metal, są one ogólnie nazywane „nośnikami ciepła”.
Normalne diody złączowe p-n nośniki mniejszościowe są wstrzykiwane w różnych sąsiednich polaryzacjach. Podczas gdy w diodach Schottky'ego elektrony są wstrzykiwane w obszary o identycznej polaryzacji.
Masowy napływ elektronów w kierunku metalu powoduje znaczną utratę nośników materiału krzemowego w pobliżu powierzchni złącza, co przypomina obszar zubożenia złącza p-n innych diod. Dodatkowe nośniki w metalu tworzą „ścianę ujemną” w metalu między metalem a półprzewodnikiem, która blokuje dalsze wprowadzanie prądu. Oznacza to, że ujemnie naładowane elektrony na krzemowym półprzewodniku wewnątrz diod Schottky'ego ułatwiają obszar wolny od nośnika wraz z ujemną ścianą na powierzchni metalu.
Nawiązując do poniższego rysunku, przyłożenie prądu polaryzacji do przodu w pierwszym kwadrancie powoduje zmniejszenie energii bariery ujemnej z powodu dodatniego przyciągania elektronów w tym obszarze. Prowadzi to do powrotnego przepływu elektronów w ogromnych ilościach przez granicę. Wielkość tych elektronów zależy od wielkości potencjału zastosowanego do polaryzacji.
Różnica między diodami Normal a diodami Schottky'ego
W porównaniu z normalnymi diodami złączowymi p-n, złącze barierowe w diodach Schottky'ego jest niższe, zarówno w obszarach polaryzacji do przodu, jak i do tyłu.
Pozwala to diodom Schottky'ego na znacznie lepsze przewodzenie prądu przy tym samym poziomie potencjału polaryzacji, zarówno w regionach polaryzacji do przodu, jak i do tyłu. Wydaje się, że jest to dobra cecha w regionie odchylenia w przód, chociaż jest zła w regionie odchylenia do przodu.
Definicję ogólnych charakterystyk diody półprzewodnikowej dla regionów polaryzacji do przodu i do tyłu przedstawia równanie:
ja re = Ja S ( jest kVd / Tk -1)
gdzie Is = odwrotny prąd nasycenia
k = 11600 / η przy η = 1 dla materiału zawierającego german i η = 2 dla materiału krzemowego
To samo równanie opisuje wykładniczy wzrost prądu w diodach Schottky'ego na poniższym rysunku, jednak współczynnik η jest określony przez typ konstrukcji diody.
W regionie odwróconego odchylenia prąd Jest Wynika to głównie z przemieszczania się elektronów metali do materiału półprzewodnikowego.
Charakterystyka temperaturowa
W przypadku diod Schottky'ego jednym z głównych aspektów, który jest nieustannie badany, jest sposób zminimalizowania znacznych prądów upływowych w wysokich temperaturach powyżej 100 ° C.
Doprowadziło to do produkcji lepszych i ulepszonych urządzeń, które mogą pracować wydajnie nawet w ekstremalnych temperaturach od - 65 do + 150 ° C.
W typowych temperaturach pokojowych ten wyciek może mieścić się w zakresie mikroamperów dla diod Schottky'ego małej mocy i rzędu miliamperów dla urządzeń dużej mocy.
Jednak liczby te są większe w porównaniu z normalnymi diodami p-n przy tych samych specyfikacjach mocy. Ponadto Ocena PIV dla diod Schottky'ego może być znacznie mniej niż nasze tradycyjne diody.
Na przykład normalnie urządzenie 50-amperowe może mieć współczynnik PIV równy 50 V, podczas gdy normalna dioda 50-amperowa może wynosić do 150 V. To powiedziawszy, ostatnie postępy umożliwiły diodom Schottky'ego z ocenami PIV powyżej 100 V przy podobnych wartościach natężenia prądu.
Z powyższego graficznego przedstawienia jasno wynika, że diodom Schottky'ego przypisuje się prawie idealny zestaw charakterystyk, nawet lepszy niż dioda krystaliczna (dioda stykowa). Spadek do przodu diody styku punktowego jest zwykle mniejszy niż w przypadku zwykłych diod złączowych p-n.
VT lub spadek napięcia przewodzenia diody Schottky'ego w dużym stopniu zależy od metalu wewnątrz. Zdarza się, że występuje kompromis między wpływem temperatury a poziomem VT. Jeśli jeden z tych parametrów rośnie, drugi również wzrasta, pogarszając poziom sprawności urządzenia. Ponadto VT zależy również od zakresu prądu, niższe dopuszczalne wartości zapewniają niższe wartości VT. Spadek VT do przodu może zasadniczo spaść do zera dla danych jednostek niskiego poziomu, w przybliżonej ocenie. Dla średnich i wyższych zakresów prądu wartości spadku do przodu mogą wynosić około 0,2 V i wydaje się, że jest to dobra reprezentatywna wartość.
W tej chwili maksymalny dopuszczalny zakres prądu dostępny dla diody Schottky'ego wynosi około 75 amperów, chociaż wkrótce na horyzoncie może pojawić się do 100 amperów.
Zastosowanie diody Schottky'ego
Głównym obszarem zastosowania diod Schottky'ego są zasilacze impulsowe lub SMPS, które są przeznaczone do pracy z częstotliwościami powyżej 20 kHz.
Zazwyczaj 50-amperowa dioda Schottky'ego w temperaturze pokojowej może mieć napięcie przewodzenia 0,6 V i czas przywracania 10 ns, specjalnie zaprojektowane do aplikacji SMPS. Z drugiej strony zwykła dioda złączowa p-n może wykazywać spadek do przodu o 1,1 V i powrót do przodu o około 30 do 50 ns, przy tej samej specyfikacji prądu.
Może się okazać, że powyższa różnica napięcia przewodzenia jest dość mała, jednak jeśli spojrzymy na poziom rozpraszania mocy między nimi: P (gorący nośnik) = 0,6 x 50 = 30 watów i P (pn) = 1,1 x 50 = 55 watów, co jest dość wymierną różnicą, która może krytycznie obniżyć wydajność SMPS.
Chociaż w obszarze odchylenia wstecznego rozpraszanie w diodzie Schottky'ego może być nieco wyższe, nadal rozpraszanie netto polaryzacji do przodu i do tyłu będzie znacznie lepsze niż w przypadku diody złączowej p-n.
Odwrotny czas odzyskiwania
W zwykłej diodzie półprzewodnikowej p-n, czas powrotu do tyłu (trr) jest wysoki z powodu wstrzykniętych nośników mniejszościowych.
W diodach Schottky'ego ze względu na wyjątkowo niskie nośniki mniejszościowe, czas powrotu do tyłu jest znacznie krótki. Dlatego diody Schottky'ego są w stanie tak efektywnie pracować nawet przy częstotliwościach 20 GHz, które wymagają przełączania urządzeń z niezwykle dużą prędkością.
W przypadku wyższych częstotliwości nadal stosuje się diodę punktową lub diodę krystaliczną, ze względu na ich bardzo mały obszar złącza lub obszar złącza punktowego.
Obwód równoważny diod Schottky'ego
Następny rysunek przedstawia równoważny obwód diody Schottky'ego z typowymi wartościami. Znajdujący się obok symbol to standardowy symbol urządzenia.
Indukcyjność Lp i pojemność Cp są wartościami podanymi w samym opakowaniu, rB stanowi rezystancję szeregową złożoną z rezystancji styku i rezystancji masowej.
Wartości rezystancji rd i pojemności Cj są zgodne z obliczeniami omówionymi w poprzednich akapitach.
Tabela specyfikacji diody Schottky'ego
Poniższa tabela przedstawia listę prostowników z gorącym nośnikiem produkowanych przez Motorola Semiconductor Products wraz z ich specyfikacjami i szczegółami dotyczącymi wyprowadzeń.
Poprzedni: Prostowanie diod: półfala, pełna fala, PIV Dalej: Obwód światła przeszkodowego LED
