Schottkyho diody - zařízení, typy, vlastnosti a použití

Schottkyho diody, přesněji Schottkyho bariérové ​​diody, jsou polovodičová zařízení vyrobená na bázi kontaktu kov-polovodič, zatímco běžné diody využívají polovodičový pn přechod.

Schottkyho dioda vděčí za svůj název a svůj vzhled v elektronice německému fyzikovi Walteru Schottkymu, který v roce 1938 studiem nově objeveného bariérového efektu potvrdil dřívější teorii, podle níž potenciálová bariéra bránila i emisi elektronů z kovu. , ale s aplikovaným vnějším elektrickým polem se tato bariéra sníží. Walter Schottky objevil tento efekt, který se tehdy nazýval Schottkyho efekt, na počest vědce.

Fyzická stránka

Při zkoumání kontaktu mezi kovem a polovodičem lze vidět, že pokud je v blízkosti povrchu polovodiče oblast ochuzená ve většině nosičů náboje, pak v oblasti kontaktu tohoto polovodiče s kovem na straně polovodiče , z ionizovaných akceptorů a donorů se vytvoří prostorová zóna a dojde k blokujícímu kontaktu — samotná Schottkyho bariéra... Za jakých podmínek tato bariéra vzniká? Proud termionického záření z povrchu pevné látky je určen Richardsonovou rovnicí:

Vytvořme podmínky, kdy by při kontaktu polovodiče, například typu n s kovem, byla termodynamická pracovní funkce elektronů z kovu větší než termodynamická pracovní funkce elektronů z polovodiče. Za takových podmínek, podle Richardsonovy rovnice, bude proud termionického záření z povrchu polovodiče větší než proud termionického záření z povrchu kovu:

V počátečním okamžiku při kontaktu těchto materiálů proud z polovodiče do kovu překročí zpětný proud (z kovu do polovodiče), v důsledku čehož v oblastech blízkého povrchu obou polovodičů a kovu, začnou se hromadit vesmírné náboje — kladné v polovodiči a záporné — v kovu. V oblasti kontaktu vznikne elektrické pole tvořené těmito náboji a dojde k ohybu energetických pásů.

Působením pole se termodynamická pracovní funkce pro polovodič zvýší a nárůst bude pokračovat, dokud se termodynamické pracovní funkce a odpovídající proudy termionického záření aplikované na povrch v kontaktní oblasti nevyrovnají.

Obraz přechodu do rovnovážného stavu se vznikem potenciální bariéry pro polovodič typu p a kov je podobný jako uvažovaný příklad s polovodičem typu n a kovem. Úlohou vnějšího napětí je regulovat výšku potenciálové bariéry a sílu elektrického pole v oblasti prostorového náboje polovodiče.

Obrázek výše ukazuje plošné diagramy různých fází tvorby Schottkyho bariéry. Za rovnovážných podmínek v kontaktní zóně se tepelné emisní proudy vyrovnají, vlivem pole se objeví potenciální bariéra, jejíž výška je rovna rozdílu termodynamických pracovních funkcí: φk = FMe — Фп / п.

Je zřejmé, že charakteristika proudového napětí pro Schottkyho bariéru je asymetrická. V propustném směru se proud zvyšuje exponenciálně s přiloženým napětím. V opačném směru proud nezávisí na napětí, v obou případech je proud poháněn elektrony jako hlavními nosiči náboje.

Schottkyho diody se proto vyznačují svou rychlostí, protože vylučují difúzní a rekombinační procesy, které vyžadují další čas. Závislost proudu na napětí souvisí se změnou počtu nosičů, protože tyto nosiče jsou zapojeny do procesu přenosu náboje. Vnější napětí mění počet elektronů, které mohou projít z jedné strany Schottkyho bariéry na druhou stranu.

Díky technologii výroby a na základě popsaného principu činnosti mají Schottkyho diody nízký úbytek napětí v propustném směru, mnohem menší než tradiční p-n-diody.

Zde i malý počáteční proud kontaktní plochou vede k uvolnění tepla, které pak přispívá ke vzniku dalších proudových nosičů. V tomto případě nedochází k vstřikování menšinových nosičů náboje.

Schottkyho diody proto nemají žádnou difúzní kapacitu, protože zde nejsou žádné menšinové nosiče a v důsledku toho je rychlost ve srovnání s polovodičovými diodami poměrně vysoká. Ukazuje se, že jde o zdání ostrého asymetrického p-n přechodu.

Tak za prvé, Schottkyho diody jsou mikrovlnné diody pro různé účely: detektorové, směšovací, lavinový tranzit, parametrické, pulzní, násobící. Schottkyho diody lze použít jako detektory záření, tenzometry, detektory jaderného záření, modulátory světla a konečně vysokofrekvenční usměrňovače.

Označení Schottkyho diody na schématech

Dioda Schottky dnes

Dnes jsou Schottkyho diody široce používány v elektronických zařízeních. Ve schématech jsou znázorněny odlišně od konvenčních diod. Často můžete najít duální Schottkyho usměrňovače vyrobené v tříkolíkovém pouzdře typickém pro výkonové spínače. Takové duální struktury obsahují dvě Schottkyho diody uvnitř, spojené katodami nebo anodami, častěji než katody.

Diody v sestavě mají velmi podobné parametry, protože každý takový uzel se vyrábí v jednom technologickém cyklu a v důsledku toho je jejich provozní teplota stejná a spolehlivost je vyšší. Trvalý pokles napětí o 0,2-0,4 voltů spolu s vysokou rychlostí (jednotky nanosekund) jsou nepochybnými výhodami Schottkyho diod oproti jejich p-n protějškům.

Zvláštnost Schottkyho bariéry u diod ve spojení s nízkým úbytkem napětí se projevuje při aplikovaných napětích do 60 voltů, i když rychlost zůstává stálá. Schottkyho diody typu 25CTQ045 (pro napětí do 45 voltů, pro proudy do 30 ampér na každý pár diod v sestavě) dnes najdeme v mnoha spínaných zdrojích, kde slouží jako usměrňovače pro proudy do několika sto kilohertzů.

Nelze se nedotknout tématu nevýhod Schottkyho diod, samozřejmě jsou a jsou dvě. Za prvé, krátkodobé překročení kritického napětí okamžitě vyřadí diodu z provozu. Za druhé, teplota silně ovlivňuje maximální zpětný proud. Při velmi vysoké teplotě přechodu se dioda jednoduše rozbije i při provozu při jmenovitém napětí.

Žádný radioamatér se ve své praxi neobejde bez Schottkyho diod. Zde lze zaznamenat nejoblíbenější diody: 1N5817, 1N5818, 1N5819, 1N5822, SK12, SK13, SK14. Tyto diody jsou k dispozici ve výstupní i SMD verzi. Hlavní věc, kterou je radioamatéři tolik oceňují, je jejich vysoká rychlost a nízký pokles napětí na přechodu – maximálně 0,55 voltu – při nízké ceně těchto komponentů.

Vzácná PCB se obejde bez Schottkyho diod pro ten či onen účel. Někde Schottkyho dioda slouží jako nízkopříkonový usměrňovač pro zpětnovazební obvod, někde - jako stabilizátor napětí na úrovni 0,3 - 0,4 voltu a někde je to detektor.

V tabulce níže můžete vidět parametry dnes nejběžnějších nízkopříkonových Schottkyho diod.