Schottky diodes - ierīce, veidi, īpašības un izmantošana

Šotkija diodes jeb precīzāk Šotki barjerdiodes ir pusvadītāju ierīces, kas izgatavotas uz metāla-pusvadītāja kontakta bāzes, savukārt parastajās diodes izmanto pusvadītāju pn savienojumu.

Šotkija diodes nosaukums un parādīšanās elektronikā ir parādā vācu fiziķim Valteram Šotkim, kurš 1938. gadā, pētot jaunatklāto barjeras efektu, apstiprināja agrāko teoriju, saskaņā ar kuru potenciālā barjera kavēja pat elektronu emisiju no metāla. , bet ar pielietoto ārējo elektrisko lauku šī barjera samazināsies. Valters Šotkis atklāja šo efektu, ko toreiz sauca par Šotka efektu, par godu zinātniekam.

Fiziskā puse

Pētot metāla un pusvadītāja kontaktu, redzams, ka, ja pusvadītāja virsmas tuvumā ir noplicināts apgabals lielākajā daļā lādiņnesēju, tad šī pusvadītāja saskares zonā ar metālu pusvadītāja pusē. , no jonizētiem akceptoriem un donoriem veidojas kosmosa zona un rodas bloķējošs kontakts — pati Šotkija barjera... Kādos apstākļos šī barjera rodas? Termioniskā starojuma strāvu no cietas vielas virsmas nosaka Ričardsona vienādojums:

Radīsim apstākļus, kuros pusvadītājam, piemēram, n-veida, saskaroties ar metālu, elektronu termodinamiskā darba funkcija no metāla būtu lielāka nekā pusvadītāja elektronu termodinamiskā darba funkcija. Šādos apstākļos, saskaņā ar Ričardsona vienādojumu, termiskā starojuma strāva no pusvadītāja virsmas būs lielāka nekā termiskā starojuma strāva no metāla virsmas:

Sākotnējā laika momentā, saskaroties šiem materiāliem, strāva no pusvadītāja uz metālu pārsniegs pretējo strāvu (no metāla uz pusvadītāju), kā rezultātā abu pusvadītāju virsmas apgabalos un metāls, kosmosa lādiņi sāks uzkrāties — pozitīvi pusvadītājā un negatīvie — metālā. Saskares zonā radīsies šo lādiņu veidotais elektriskais lauks un notiks enerģijas joslu locīšana.

Lauka iedarbībā termodinamiskā darba funkcija pusvadītājam palielināsies un palielināšanās turpināsies, līdz kontakta apgabalā termodinamiskās darba funkcijas un atbilstošās termiskā starojuma strāvas, kas tiek pielietotas virsmai, kļūs vienādas.

Attēls par pāreju uz līdzsvara stāvokli ar potenciāla barjeras veidošanos p-tipa pusvadītājam un metālam ir līdzīgs aplūkotajam piemēram ar n-tipa pusvadītāju un metālu. Ārējā sprieguma uzdevums ir regulēt potenciālās barjeras augstumu un elektriskā lauka stiprumu pusvadītāja telpas lādiņa reģionā.

Augšējā attēlā parādītas dažādu Šotki barjeras veidošanās posmu apgabalu diagrammas. Līdzsvara apstākļos kontakta zonā termiskās emisijas strāvas izlīdzinās, lauka iedarbības ietekmē parādās potenciāla barjera, kuras augstums ir vienāds ar termodinamisko darba funkciju starpību: φk = FMe — Фп / п.

Acīmredzot Šotki barjeras strāvas-sprieguma raksturlielums izrādās asimetrisks. Virzienā uz priekšu strāva palielinās eksponenciāli līdz ar pielikto spriegumu. Pretējā virzienā strāva nav atkarīga no sprieguma Abos gadījumos strāvu virza elektroni kā galvenie lādiņnesēji.

Tāpēc Schottky diodes izceļas ar ātrumu, jo tās izslēdz difūzos un rekombinācijas procesus, kuriem nepieciešams papildu laiks. Strāvas atkarība no sprieguma ir saistīta ar nesēju skaita izmaiņām, jo ​​šie nesēji ir iesaistīti lādiņa pārneses procesā. Ārējais spriegums maina elektronu skaitu, kas var pāriet no vienas Šotki barjeras puses uz otru.

Pateicoties ražošanas tehnoloģijai un pamatojoties uz aprakstīto darbības principu, Schottky diodēm ir zems sprieguma kritums uz priekšu, daudz mazāks nekā tradicionālajām p-n-diodēm.

Šeit pat neliela sākotnējā strāva caur kontakta laukumu noved pie siltuma izdalīšanās, kas pēc tam veicina papildu strāvas nesēju parādīšanos. Šajā gadījumā nav mazākuma lādiņu nesēju injekcijas.

Tāpēc Šotkija diodēm nav difūzās kapacitātes, jo nav mazākuma nesēju, un rezultātā ātrums ir diezgan augsts salīdzinājumā ar pusvadītāju diodēm. Izrādās, ka tas ir asas asimetriskas p-n krustojuma līdzība.

Tātad, pirmkārt, Schottky diodes ir mikroviļņu diodes dažādiem mērķiem: detektoram, sajaukšanai, lavīnas tranzītam, parametriskai, impulsa, pavairošanai. Šotkija diodes var izmantot kā starojuma detektorus, deformācijas mērītājus, kodolstarojuma detektorus, gaismas modulatorus un visbeidzot augstfrekvences taisngriežus.

Schottky diodes apzīmējums diagrammās

Diode Šotki šodien

Mūsdienās Schottky diodes plaši izmanto elektroniskajās ierīcēs. Diagrammās tie ir attēloti atšķirīgi no parastajām diodēm. Bieži vien jūs varat atrast dubultus Schottky taisngriežus, kas izgatavoti trīs kontaktu korpusā, kas raksturīgs strāvas slēdžiem. Šādas dubultās struktūras satur divas Šotkija diodes, kas savienotas ar katodiem vai anodiem, biežāk nekā katodi.

Diodēm komplektā ir ļoti līdzīgi parametri, jo katrs šāds mezgls tiek ražots vienā tehnoloģiskajā ciklā, un rezultātā to darba temperatūra ir attiecīgi vienāda un uzticamība ir augstāka. Ilgstošs 0,2–0,4 voltu sprieguma kritums kopā ar lielu ātrumu (nanosekundes) ir Šotkija diožu neapšaubāmās priekšrocības salīdzinājumā ar p-n līdziniekiem.

Šotkija barjeras īpatnība diodēs saistībā ar zema sprieguma kritumu izpaužas pie pielietotā sprieguma līdz 60 voltiem, lai gan ātrums paliek nemainīgs. Mūsdienās 25CTQ045 tipa Schottky diodes (spriegumam līdz 45 voltiem, strāvai līdz 30 ampēriem katram diožu pārim komplektā) var atrast daudzos komutācijas barošanas avotos, kur tās kalpo kā taisngrieži strāvām līdz vairākām. simts kilohercu.

Nevar nepieskarties tēmai par Šotkija diožu trūkumiem, protams, ka tādi ir un ir divi. Pirmkārt, īslaicīgs kritiskā sprieguma pārsniegums nekavējoties atspējos diode. Otrkārt, temperatūra spēcīgi ietekmē maksimālo pretējo strāvu. Ļoti augstā savienojuma temperatūrā diode vienkārši saplīsīs, pat darbojoties ar nominālo spriegumu.

Neviens radioamatieris savā praksē nevar iztikt bez Šotkija diodēm. Šeit var atzīmēt populārākās diodes: 1N5817, 1N5818, 1N5819, 1N5822, SK12, SK13, SK14. Šīs diodes ir pieejamas gan izejas, gan SMD versijās. Galvenais, ko radioamatieri tos tik ļoti novērtē, ir to lielais ātrums un zemais krustojuma sprieguma kritums — maksimums 0,55 volti — par zemām šo komponentu izmaksām.

Reta PCB iztiek bez Šotkija diodēm vienā vai otrā nolūkā. Kaut kur Šotkija diode kalpo kā mazjaudas taisngriezis atgriezeniskās saites ķēdei, kaut kur - kā sprieguma stabilizators 0,3 - 0,4 voltu līmenī, un kaut kur tas ir detektors.

Zemāk esošajā tabulā varat redzēt mūsdienās visizplatītāko mazjaudas Schottky diožu parametrus.