Schottky diyotları - cihaz, tipler, özellikler ve kullanım

Schottky diyotları veya daha doğrusu Schottky bariyer diyotları, metal-yarı iletken teması temelinde yapılan yarı iletken cihazlardır, geleneksel diyotlar ise yarı iletken bir pn bağlantısı kullanır.

Schottky diyodu, adını ve elektronikteki görünümünü, 1938'de yeni keşfedilen bariyer etkisini incelerken, metalden elektron emisyonunun bile potansiyel bariyer tarafından engellendiği önceki teoriyi doğrulayan Alman fizikçi Walter Schottky'ye borçludur. , ancak uygulanan dış elektrik alanla bu engel azalacaktır. Walter Schottky, o zamanlar Schottky etkisi olarak adlandırılan bu etkiyi bilim adamının onuruna keşfetti.

Fiziksel taraf

Metal ile yarı iletken arasındaki temas incelendiğinde, yarı iletkenin yüzeyine yakın bir yerde çoğu yük taşıyıcıda tükenmiş bir bölge varsa, bu yarı iletkenin yarı iletken tarafında metal ile temas bölgesinde olduğu görülebilir. , iyonize alıcılardan ve donörlerden bir uzay bölgesi oluşur ve bir engelleme teması oluşur - Schottky bariyerinin kendisi ... Bu bariyer hangi koşullar altında oluşur? Bir katının yüzeyinden gelen termiyonik radyasyon akımı, Richardson denklemi ile belirlenir:

Bir yarı iletken, örneğin n-tipi bir metal ile temas halinde olduğunda, metalden gelen elektronların termodinamik iş fonksiyonunun, yarı iletkenden gelen elektronların termodinamik iş fonksiyonundan daha büyük olacağı koşulları yaratalım. Bu koşullar altında, Richardson denklemine göre, yarı iletken yüzeyden gelen termiyonik radyasyon akımı, metal yüzeyden gelen termiyonik radyasyon akımından daha büyük olacaktır:

İlk anda, bu malzemelerin teması üzerine, yarı iletkenden metale akım, ters akımı (metalden yarı iletkene) aşacaktır, bunun sonucunda hem yarı iletkenlerin hem de yarı iletkenlerin yüzeye yakın bölgelerinde metal, boşluk yükleri - yarı iletkende pozitif ve metalde negatif - birikmeye başlayacaktır. Temas alanında bu yüklerin oluşturduğu bir elektrik alanı oluşacak ve enerji bantlarında bir bükülme gerçekleşecektir.

Alanın etkisi altında yarı iletken için termodinamik iş fonksiyonu artacak ve termodinamik iş fonksiyonları ile yüzeye uygulanan karşılık gelen termiyonik radyasyon akımları temas bölgesinde eşit oluncaya kadar artış devam edecektir.

P-tipi yarı iletken ve metal için potansiyel bir engelin oluşumu ile denge durumuna geçişin resmi, n-tipi yarı iletken ve metal ile ele alınan örneğe benzer. Dış voltajın rolü, potansiyel bariyerin yüksekliğini ve yarı iletkenin uzay yükü bölgesindeki elektrik alanının gücünü düzenlemektir.

Yukarıdaki şekil, Schottky bariyer oluşumunun çeşitli aşamalarının alan diyagramlarını göstermektedir. Temas bölgesindeki denge koşulları altında, termal emisyon akımları eşitlenir, alanın etkisi nedeniyle, yüksekliği termodinamik çalışma fonksiyonları arasındaki farka eşit olan potansiyel bir engel ortaya çıkar: φk = FMe - Фп / п.

Açıkçası, Schottky bariyeri için akım-gerilim karakteristiği asimetrik çıkıyor. İleri yönde akım, uygulanan voltajla üstel olarak artar. Ters yönde akım, gerilime bağlı değildir.Her iki durumda da akım, ana yük taşıyıcıları olarak elektronlar tarafından sürülür.

Bu nedenle, Schottky diyotları, ek süre gerektiren dağınık ve rekombinasyon süreçlerini dışladıkları için hızlarıyla ayırt edilirler. Akımın gerilime bağımlılığı, taşıyıcıların sayısındaki bir değişiklikle ilgilidir, çünkü bu taşıyıcılar yük aktarma işleminde yer alırlar. Harici voltaj, Schottky bariyerinin bir tarafından diğer tarafına geçebilen elektronların sayısını değiştirir.

Üretim teknolojisi ve açıklanan çalışma prensibine bağlı olarak Schottky diyotları, ileri yönde geleneksel p-n-diyotlarından çok daha küçük bir voltaj düşüşüne sahiptir.

Burada, temas alanından geçen küçük bir başlangıç ​​akımı bile ısının açığa çıkmasına neden olur ve bu daha sonra ek akım taşıyıcılarının ortaya çıkmasına katkıda bulunur. Bu durumda, azınlık yük taşıyıcılarının enjeksiyonu yoktur.

Bu nedenle Schottky diyotlar, azınlık taşıyıcıları olmadığından ve sonuç olarak yarı iletken diyotlara kıyasla hız oldukça yüksek olduğundan, yayılma kapasitansına sahip değildir. Keskin bir asimetrik p-n bağlantısının bir görünümü olduğu ortaya çıktı.

Bu nedenle, her şeyden önce Schottky diyotları, çeşitli amaçlar için mikrodalga diyotlardır: dedektör, karıştırma, çığ geçişi, parametrik, darbeli, çarpma. Schottky diyotlar, radyasyon dedektörleri, gerinim ölçerler, nükleer radyasyon dedektörleri, ışık modülatörleri ve son olarak yüksek frekanslı doğrultucular olarak kullanılabilir.

Diyagramlarda Schottky diyot gösterimi

Diyot Schottky bugün

Günümüzde Schottky diyotları elektronik cihazlarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Diyagramlarda, geleneksel diyotlardan farklı şekilde tasvir edilmiştir. Güç anahtarlarına özgü üç pimli muhafazada yapılan ikili Schottky doğrultucuları sıklıkla bulabilirsiniz. Bu tür ikili yapılar, içinde katotlardan daha sık katotlar veya anotlarla birleştirilen iki Schottky diyot içerir.

Montajdaki diyotlar çok benzer parametrelere sahiptir, çünkü bu tür her bir düğüm bir teknolojik döngüde üretilir ve sonuç olarak çalışma sıcaklıkları buna göre aynıdır ve güvenilirlik daha yüksektir. Yüksek hız (nanosaniye birimleri) ile birlikte 0,2-0,4 voltluk sürekli bir voltaj düşüşü, Schottky diyotlarının p-n muadillerine göre şüphesiz avantajlarıdır.

Düşük voltaj düşüşü ile bağlantılı olarak diyotlardaki Schottky bariyerinin özelliği, hız sabit kalmasına rağmen 60 volta kadar uygulanan voltajlarda kendini gösterir. Bugün, 25CTQ045 tipi Schottky diyotları (montajdaki her diyot çifti için 45 volta kadar olan voltajlar, 30 ampere kadar olan akımlar için) birçok anahtarlamalı güç kaynağında bulunabilir ve burada birkaç adede kadar akım için doğrultucu görevi görürler. yüz kilohertz.

Schottky diyotların dezavantajları konusuna değinmemek mümkün değil, elbette öyleler ve iki tane var. İlk olarak, kritik voltajın kısa süreli bir fazlalığı diyotu derhal devre dışı bırakacaktır. İkincisi, sıcaklık maksimum ters akımı güçlü bir şekilde etkiler. Çok yüksek bağlantı sıcaklığında diyot, anma geriliminde çalışırken bile kolayca kırılacaktır.

Hiçbir radyo amatörü muayenehanesinde Schottky diyotları olmadan yapamaz. En popüler diyotlar burada not edilebilir: 1N5817, 1N5818, 1N5819, 1N5822, SK12, SK13, SK14. Bu diyotlar hem çıkış hem de SMD versiyonlarında mevcuttur. Radyo amatörlerinin onları bu kadar çok takdir ettiği ana şey, bu bileşenlerin düşük maliyetiyle yüksek hızları ve düşük bağlantı voltajı düşüşü - maksimum 0,55 volt -.

Nadir bir PCB, bir amaç için Schottky diyotları olmadan yapar. Bir yerde Schottky diyot, geri besleme devresi için düşük güçlü bir doğrultucu görevi görür, bir yerde - 0,3 - 0,4 volt seviyesinde bir voltaj dengeleyici olarak ve bir yerde bir dedektördür.

Aşağıdaki tabloda, bugün en yaygın düşük güçlü Schottky diyotlarının parametrelerini görebilirsiniz.