Schottky-diodes - apparaat, typen, kenmerken en gebruik

Schottky-diodes, of beter gezegd Schottky-barrièrediodes, zijn halfgeleiderapparaten die zijn gemaakt op basis van een metaal-halfgeleidercontact, terwijl conventionele diodes een halfgeleider pn-overgang gebruiken.

De Schottky-diode dankt zijn naam en zijn verschijning in de elektronica aan de Duitse natuurkundige Walter Schottky, die in 1938, toen hij het nieuw ontdekte barrière-effect bestudeerde, de eerdere theorie bevestigde volgens welke zelfs de emissie van elektronen uit het metaal werd belemmerd door de potentiële barrière , maar met het aangelegde externe elektrische veld zal deze barrière afnemen. Walter Schottky ontdekte dit effect, dat toen het Schottky-effect heette, ter ere van de wetenschapper.

Fysieke kant

Als we het contact tussen het metaal en de halfgeleider onderzoeken, kan worden gezien dat als er nabij het oppervlak van de halfgeleider een gebied is dat is uitgeput in de meeste ladingsdragers, dan in het gebied van contact van deze halfgeleider met het metaal aan de kant van de halfgeleider , wordt een ruimtezone gevormd door geïoniseerde acceptoren en donoren en vindt er een blokkerend contact plaats - de Schottky-barrière zelf ... Onder welke omstandigheden treedt deze barrière op? De thermionische stralingsstroom van het oppervlak van een vaste stof wordt bepaald door de Richardson-vergelijking:

Laten we omstandigheden creëren waarin wanneer een halfgeleider, bijvoorbeeld n-type, in contact is met een metaal, de thermodynamische werkfunctie van de elektronen van het metaal groter zou zijn dan de thermodynamische werkfunctie van de elektronen van de halfgeleider. Onder dergelijke omstandigheden zal volgens de vergelijking van Richardson de thermionische stralingsstroom van het halfgeleideroppervlak groter zijn dan de thermionische stralingsstroom van het metalen oppervlak:

Op het beginmoment, bij contact van deze materialen, zal de stroom van de halfgeleider naar het metaal de tegenstroom (van het metaal naar de halfgeleider) overschrijden, waardoor in de nabije oppervlaktegebieden van zowel halfgeleiders als metaal, zullen zich ruimteladingen gaan ophopen - positief in de halfgeleider en negatief - in het metaal. In het contactgebied zal een door deze ladingen gevormd elektrisch veld ontstaan ​​en zal er een buiging van de energiebanden plaatsvinden.

Onder invloed van het veld zal de thermodynamische werkfunctie voor de halfgeleider toenemen en de toename zal doorgaan totdat de thermodynamische werkfuncties en de corresponderende thermionische stralingsstromen die op het oppervlak worden toegepast gelijk worden in het contactgebied.

Het beeld van de overgang naar een evenwichtstoestand met vorming van een potentiaalbarrière voor p-type halfgeleider en metaal is vergelijkbaar met het beschouwde voorbeeld met n-type halfgeleider en metaal. De rol van de externe spanning is het regelen van de hoogte van de potentiaalbarrière en de sterkte van het elektrische veld in het ruimteladingsgebied van de halfgeleider.

De figuur hierboven toont de gebiedsdiagrammen van de verschillende stadia van de vorming van de Schottky-barrière. Onder evenwichtsomstandigheden in de contactzone egaliseren de thermische emissiestromen, als gevolg van het effect van het veld, verschijnt een potentiële barrière waarvan de hoogte gelijk is aan het verschil tussen de thermodynamische werkfuncties: φk = FMe — Фп / п.

Het is duidelijk dat de stroom-spanningskarakteristiek voor de Schottky-barrière asymmetrisch blijkt te zijn. In voorwaartse richting neemt de stroom exponentieel toe met de aangelegde spanning. In de tegenovergestelde richting is de stroom niet afhankelijk van de spanning, in beide gevallen wordt de stroom aangedreven door elektronen als belangrijkste ladingsdragers.

Daarom onderscheiden Schottky-diodes zich door hun snelheid, omdat ze diffuse en recombinatieprocessen uitsluiten die extra tijd vergen. De afhankelijkheid van de stroom van de spanning houdt verband met een verandering in het aantal dragers, aangezien deze dragers betrokken zijn bij het ladingsoverdrachtsproces. De externe spanning verandert het aantal elektronen dat van de ene kant van de Schottky-barrière naar de andere kant kan gaan.

Vanwege de fabricagetechnologie en gebaseerd op het beschreven werkingsprincipe, hebben Schottky-diodes een lage spanningsval in voorwaartse richting, veel kleiner dan die van traditionele pn-diodes.

Hier leidt zelfs een kleine initiële stroom door het contactgebied tot het vrijkomen van warmte, wat vervolgens bijdraagt ​​aan het verschijnen van extra stroomdragers. In dit geval is er geen injectie van minderheidsladingsdragers.

Schottky-diodes hebben daarom geen diffuse capaciteit omdat er geen minderheidsdragers zijn en als gevolg daarvan is de snelheid vrij hoog in vergelijking met halfgeleiderdiodes. Het blijkt een schijn van een scherpe asymmetrische pn-overgang te zijn.

Schottky-diodes zijn dus in de eerste plaats microgolfdiodes voor verschillende doeleinden: detector, menging, lawinedoorgang, parametrisch, gepulseerd, vermenigvuldigend. Schottky-diodes kunnen worden gebruikt als stralingsdetectoren, rekstrookjes, nucleaire stralingsdetectoren, lichtmodulatoren en tenslotte hoogfrequente gelijkrichters.

Schottky-diode-aanduiding op diagrammen

Diode Schottky vandaag

Tegenwoordig worden Schottky-diodes veel gebruikt in elektronische apparaten. In de diagrammen worden ze anders weergegeven dan conventionele diodes. U kunt vaak dubbele Schottky-gelijkrichters vinden die zijn gemaakt in de drie-pins behuizing die typerend is voor stroomschakelaars. Dergelijke dubbele structuren bevatten twee Schottky-diodes aan de binnenkant, vaker verbonden door kathoden of anodes dan kathoden.

De diodes in het samenstel hebben zeer vergelijkbare parameters, aangezien elk van deze knooppunten in één technologische cyclus wordt geproduceerd, en als gevolg daarvan is hun bedrijfstemperatuur dienovereenkomstig hetzelfde en is de betrouwbaarheid hoger. Een aanhoudende spanningsval van 0,2-0,4 volt samen met hoge snelheid (eenheden van nanoseconden) zijn de onbetwiste voordelen van Schottky-diodes ten opzichte van hun pn-tegenhangers.

De eigenaardigheid van de Schottky-barrière in diodes, in verband met een lage spanningsval, komt tot uiting bij aangelegde spanningen tot 60 volt, hoewel de snelheid stabiel blijft. Tegenwoordig zijn Schottky-diodes van het type 25CTQ045 (voor spanningen tot 45 volt, voor stromen tot 30 ampère voor elk paar dioden in de assemblage) te vinden in veel schakelende voedingen, waar ze dienen als gelijkrichters voor stromen tot meerdere honderd kilohertz.

Het is onmogelijk om het onderwerp van de nadelen van Schottky-diodes niet aan te raken, natuurlijk zijn ze dat en er zijn er twee. Ten eerste zal een kortstondige overschrijding van de kritische spanning de diode onmiddellijk uitschakelen. Ten tweede heeft de temperatuur een sterke invloed op de maximale tegenstroom. Bij een zeer hoge junctietemperatuur zal de diode eenvoudig break-even zijn wanneer hij op nominale spanning werkt.

Geen enkele radioamateur kan in zijn praktijk zonder Schottky-diodes. De meest populaire diodes kunnen hier worden genoteerd: 1N5817, 1N5818, 1N5819, 1N5822, SK12, SK13, SK14. Deze diodes zijn zowel in output- als in SMD-uitvoering verkrijgbaar. Het belangrijkste dat radioamateurs ze zo waarderen, is hun hoge snelheid en lage junctiespanningsval - maximaal 0,55 volt - tegen lage kosten van deze componenten.

Een zeldzame printplaat doet het voor een of ander doel zonder Schottky-diodes. Ergens dient de Schottky-diode als een laagvermogengelijkrichter voor het feedbackcircuit, ergens - als spanningsstabilisator op het niveau van 0,3 - 0,4 volt, en ergens is het een detector.

In de onderstaande tabel ziet u de parameters van de meest voorkomende low-power Schottky-diodes van vandaag.