Диоди Шотки — устройство, видове, характеристики и употреба

Диодите на Шотки, или по-точно бариерните диоди на Шотки, са полупроводникови устройства, направени на базата на контакт метал-полупроводник, докато конвенционалните диоди използват полупроводников pn преход.

Диодът на Шотки дължи името и появата си в електрониката на немския физик Уолтър Шотки, който през 1938 г., изучавайки новооткрития бариерен ефект, потвърждава по -ранната теория, според която дори излъчването на електрони от метала е възпрепятствано от потенциалната бариера , но с прилаганото външно електрическо поле тази бариера ще намалее. Уолтър Шотки открива този ефект, който тогава се нарича ефект на Шотки, в чест на учения.

Физическа страна

Изследвайки контакта между метала и полупроводника, може да се види, че ако в близост до повърхността на полупроводника има област, изчерпана в повечето носители на заряд, то в областта на контакта на този полупроводник с метала от страната на полупроводника, се формира зона на космически заряд от йонизирани акцептори и донори и се осъществява блокиращ контакт — самата бариера на Шотки … При какви условия възниква тази бариера? Токът на термионно излъчване от повърхността на твърдо тяло се определя от уравнението на Ричардсън:

Нека създадем условия, когато при контакт на полупроводник, например n-тип, с метал, термодинамичната работна функция на електроните от метала би била по-голяма от термодинамичната работна функция на електроните от полупроводника. При такива условия, в съответствие с уравнението на Ричардсън, токът на термионно излъчване от повърхността на полупроводника ще бъде по -голям от тока на термионно излъчване от металната повърхност:

В началния момент от време, при контакт на тези материали, токът от полупроводника към метала ще надвишава обратния ток (от метала към полупроводника), в резултат на което в приповерхностните области на двата полупроводника и метал, космическите заряди ще започнат да се натрупват — положителни в полупроводника и отрицателни — в метал. В зоната на контакт ще възникне електрическо поле, образувано от тези заряди, и ще се извърши огъване на енергийните ленти.

Под действието на полето термодинамичната работна функция за полупроводника ще се увеличи и увеличаването ще продължи, докато термодинамичните работни функции и съответните токове на термионно излъчване, приложени към повърхността, станат равни в контактната област.

Картината на прехода към равновесно състояние с образуването на потенциална бариера за p-тип полупроводник и метал е подобна на разглеждания пример с n-тип полупроводник и метал. Ролята на външното напрежение е да регулира височината на потенциалната бариера и силата на електрическото поле в областта на космически заряд на полупроводника.

Фигурата по -горе показва диаграмите на зоните на различните етапи на формиране на бариерата на Шотки. При условия на равновесие в контактната зона термичните емисионни токове се изравняват, поради ефекта на полето се появява потенциална бариера, чиято височина е равна на разликата между термодинамичните работни функции: φк = FMe — Фп / п.

Очевидно характеристиката на токово напрежение за бариерата на Шотки се оказва асиметрична. В посока напред токът нараства експоненциално с приложеното напрежение. В обратна посока токът не зависи от напрежението.И в двата случая токът се задвижва от електрони като основни носители на заряд.

Следователно, диодите на Шотки се отличават със своята скорост, тъй като изключват дифузни и рекомбинационни процеси, които изискват допълнително време. Зависимостта на тока от напрежението е свързана с промяна в броя на носителите, тъй като тези носители участват в процеса на прехвърляне на заряд. Външното напрежение променя броя на електроните, които могат да преминат от едната страна на бариерата на Шотки към другата страна.

Поради технологията на производство и въз основа на описания принцип на действие, диодите на Шотки имат нисък спад на напрежението в посоката напред, много по-малък от този на традиционните p-n-диоди.

Тук дори малък начален ток през контактната област води до отделяне на топлина, което след това допринася за появата на допълнителни токоносители. В този случай няма инжектиране на малцинствени носители на заряд.

Следователно диодите на Шотки нямат дифузен капацитет, тъй като няма малцинствени носители и в резултат на това скоростта е доста висока в сравнение с полупроводниковите диоди. Оказва се подобие на остър асиметричен p-n-преход.

По този начин, на първо място, диодите на Шотки са микровълнови диоди за различни цели: детектор, смесване, лавинен транзит, параметричен, импулсен, умножаващ. Диодите Шотки могат да се използват като детектори на радиация, тензодатчици, ядрени радиационни детектори, светлинни модулатори и накрая — високочестотни токоизправители.

Обозначение на диод Шотки на диаграмите

Диоди Шотки днес

Днес диодите Шотки са широко използвани в електронните устройства. На диаграмите те са изобразени по различен начин от конвенционалните диоди. Често можете да намерите двойни токоизправителни диоди Шотки, направени в три-пинов корпус, типичен за превключвателите на захранването. Такива двойни структури съдържат два диода на Шотки вътре, обединени от катоди или аноди, по -често от катоди.

Диодите в монтажа имат много сходни параметри, тъй като всеки такъв възел се произвежда в един технологичен цикъл и в резултат на това работната им температура е съответно еднаква и надеждността е по -висока. Продължителният спад на напрежението от 0,2-0,4 волта заедно с висока скорост (единици наносекунди) са безспорните предимства на диодите на Шотки пред техните p-n-аналози.

Особеността на бариерата на Шотки в диодите, във връзка с нисък спад на напрежението, се проявява при приложени напрежения до 60 волта, въпреки че скоростта остава непоклатима. Днес диодите на Шотки от типа 25CTQ045 (за напрежения до 45 волта, за токове до 30 ампера за всеки от чифт диоди в монтажа) могат да бъдат намерени в много импулсни захранвания, където те служат като токоизправители за токове до няколкостотин килохерца.

Невъзможно е да не се засегне темата за недостатъците на диодите на Шотки, разбира се, че те са и има два от тях. Първо, краткосрочен излишък на критичното напрежение незабавно ще деактивира диода. На второ място, температурата влияе силно на максималния обратен ток. При много висока температура на свързване диодът просто ще се счупи дори при работа при номинално напрежение.

Нито един радиолюбител не може без диодите на Шотки в своята практика. Най -популярните диоди могат да бъдат отбелязани тук: 1N5817, 1N5818, 1N5819, 1N5822, SK12, SK13, SK14. Тези диоди се предлагат както в изходната версия, така и в SMD. Основното, за което радиолюбителите ги оценяват толкова много, е тяхната висока скорост и нисък спад на напрежението на кръстовището — максимум 0,55 волта — при ниска цена на тези компоненти.

Рядка печатна платка се справя без диоди Шотки за една или друга цел. Някъде диодът на Шотки служи като токоизправител с ниска мощност за веригата за обратна връзка, някъде — като стабилизатор на напрежение на ниво 0,3 — 0,4 волта, а някъде е детектор.

В таблицата по-долу можете да видите параметрите на най-често срещаните днес с ниска мощност диоди Шотки.