Díodes Schottky: dispositiu, tipus, característiques i ús

Els díodes Schottky, o més precisament els díodes de barrera Schottky, són dispositius semiconductors fets a partir d'un contacte metall-semiconductor, mentre que els díodes convencionals utilitzen una unió pn semiconductora.

El díode Schottky deu el seu nom i la seva aparició a l'electrònica al físic alemany Walter Schottky, que l'any 1938, estudiant l'efecte barrera recentment descobert, va confirmar la teoria anterior segons la qual fins i tot l'emissió d'electrons del metall es veia obstaculitzada per la barrera potencial. , però amb el camp elèctric extern aplicat aquesta barrera disminuirà. Walter Schottky va descobrir aquest efecte, que llavors s'anomenava efecte Schottky, en honor al científic.

Aspecte físic

Examinant el contacte entre el metall i el semiconductor, es pot veure que si prop de la superfície del semiconductor hi ha una regió esgotada en la majoria de portadors de càrrega, llavors a la regió de contacte d'aquest semiconductor amb el metall al costat del semiconductor. , es forma una zona espacial de càrrega a partir dels acceptors i donants ionitzats i es produeix un contacte de bloqueig —la mateixa barrera Schottky... En quines condicions es produeix aquesta barrera? El corrent de radiació termoiònica de la superfície d'un sòlid es determina per l'equació de Richardson:

Creem condicions en què quan un semiconductor, per exemple de tipus n, estigui en contacte amb un metall, la funció de treball termodinàmic dels electrons del metall seria més gran que la funció de treball termodinàmic dels electrons del semiconductor. En aquestes condicions, segons l'equació de Richardson, el corrent de radiació termoiònica de la superfície del semiconductor serà més gran que el corrent de radiació termoiònica de la superfície metàl·lica:

En el moment inicial de temps, en el contacte d'aquests materials, el corrent del semiconductor al metall superarà el corrent invers (del metall al semiconductor), com a resultat de la qual cosa a les regions properes a la superfície d'ambdós semiconductors i metall, les càrregues espacials començaran a acumular-se, positives al semiconductor i negatives, al metall. A la zona de contacte es produirà un camp elèctric format per aquestes càrregues i es produirà una flexió de les bandes d'energia.

Sota l'acció del camp, la funció de treball termodinàmic del semiconductor augmentarà i l'augment continuarà fins que les funcions de treball termodinàmic i els corresponents corrents de radiació termoiònica aplicats a la superfície siguin iguals a la regió de contacte.

La imatge de la transició a un estat d'equilibri amb la formació d'una barrera potencial per a semiconductors i metalls de tipus p és similar a l'exemple considerat amb semiconductors i metalls de tipus n. El paper de la tensió externa és regular l'alçada de la barrera de potencial i la força del camp elèctric a la regió de càrrega espacial del semiconductor.

La figura anterior mostra els diagrames d'àrea de les diferents etapes de formació de la barrera Schottky. En condicions d'equilibri a la zona de contacte, els corrents d'emissió tèrmica igualen, a causa de l'efecte del camp, apareix una barrera de potencial, l'alçada de la qual és igual a la diferència entre les funcions de treball termodinàmic: φk = FMe — Фп / п.

Òbviament, la característica de corrent-tensió per a la barrera de Schottky resulta ser asimètrica. En la direcció cap endavant, el corrent augmenta exponencialment amb la tensió aplicada. En sentit contrari, el corrent no depèn del voltatge.En ambdós casos, el corrent és impulsat pels electrons com a portadors de càrrega principals.

Per tant, els díodes Schottky es distingeixen per la seva velocitat, ja que exclouen processos difusos i de recombinació que requereixen temps addicional. La dependència del corrent de la tensió està relacionada amb un canvi en el nombre de portadors, ja que aquests portadors estan implicats en el procés de transferència de càrrega. La tensió externa modifica el nombre d'electrons que poden passar d'un costat de la barrera de Schottky a l'altre costat.

A causa de la tecnologia de fabricació i basant-se en el principi de funcionament descrit, els díodes Schottky tenen una baixa caiguda de tensió en la direcció cap endavant, molt més petita que la dels díodes p-n-tradicionals.

Aquí, fins i tot un petit corrent inicial a través de l'àrea de contacte condueix a l'alliberament de calor, que després contribueix a l'aparició de portadors de corrent addicionals. En aquest cas, no hi ha injecció de portadors de càrrec minoritari.

Per tant, els díodes Schottky no tenen capacitat difusa, ja que no hi ha portadors minoritaris i, com a resultat, la velocitat és bastant alta en comparació amb els díodes semiconductors. Resulta ser una semblança d'una unió p-n asimètrica aguda.

Així, en primer lloc, els díodes Schottky són díodes de microones amb diferents finalitats: detector, mescla, trànsit d'allaus, paramètrics, polsats, multiplicadors. Els díodes Schottky es poden utilitzar com a detectors de radiació, extensometres, detectors de radiació nuclear, moduladors de llum i finalment rectificadors d'alta freqüència.

Designació del díode Schottky als diagrames

Díode Schottky avui

Avui dia, els díodes Schottky s'utilitzen àmpliament en dispositius electrònics. En els diagrames, es representen de manera diferent als díodes convencionals. Sovint podeu trobar rectificadors Schottky duals fets a la carcassa de tres pins típica dels interruptors d'alimentació. Aquestes estructures duals contenen dos díodes Schottky a l'interior, units per càtodes o ànodes, més sovint que els càtodes.

Els díodes del conjunt tenen paràmetres molt similars, ja que cadascun d'aquests nodes es produeix en un cicle tecnològic i, com a resultat, la seva temperatura de funcionament és la mateixa i la fiabilitat és més alta. Una caiguda de tensió sostinguda de 0,2-0,4 volts juntament amb una alta velocitat (unitats de nanosegons) són els avantatges indubtables dels díodes Schottky sobre els seus homòlegs p-n.

La peculiaritat de la barrera Schottky en els díodes, en relació amb una baixa caiguda de tensió, es manifesta amb tensions aplicades de fins a 60 volts, tot i que la velocitat es manté constant. Avui dia, els díodes Schottky del tipus 25CTQ045 (per a tensions de fins a 45 volts, per a corrents de fins a 30 amperes per a cada parell de díodes del conjunt) es poden trobar en moltes fonts d'alimentació de commutació, on serveixen com a rectificadors per a corrents de fins a diversos cent kilohertz.

És impossible no tocar el tema dels inconvenients dels díodes Schottky, és clar que ho són i n'hi ha dos. En primer lloc, un excés a curt termini de la tensió crítica desactivarà immediatament el díode. En segon lloc, la temperatura afecta fortament el corrent invers màxim. A una temperatura d'unió molt alta, el díode simplement es trencarà fins i tot quan funciona a tensió nominal.

Cap radioaficionat pot prescindir dels díodes Schottky en la seva pràctica. Els díodes més populars es poden assenyalar aquí: 1N5817, 1N5818, 1N5819, 1N5822, SK12, SK13, SK14. Aquests díodes estan disponibles en versions de sortida i SMD. El més important que els ràdioaficionats els aprecien tant és la seva alta velocitat i baixa caiguda de tensió d'unió (un màxim de 0,55 volts) a un baix cost d'aquests components.

Un PCB rar es fa sense díodes Schottky per a un propòsit o un altre. En algun lloc, el díode Schottky serveix com a rectificador de baixa potència per al circuit de retroalimentació, en algun lloc, com a estabilitzador de tensió a un nivell de 0,3 a 0,4 volts, i en algun lloc és un detector.

A la taula següent podeu veure els paràmetres dels díodes Schottky de baixa potència més comuns actuals.