Schottky dioodid - seade, tüübid, omadused ja kasutamine

Schottky dioodid ehk täpsemalt Schottky barjääridioodid on pooljuhtseadised, mis on valmistatud metall-pooljuht kontakti baasil, tavadioodides aga pooljuht pn-siirde.

Schottky diood võlgneb oma nime ja ilmumise elektroonikasse saksa füüsikule Walter Schottkyle, kes 1938. aastal äsja avastatud barjääriefekti uurides kinnitas varasemat teooriat, mille kohaselt takistas potentsiaalbarjäär isegi metallist elektronide eraldumist. , kuid rakendatud välise elektriväljaga see barjäär väheneb. Walter Schottky avastas selle efekti, mida siis nimetati Schottky efektiks, teadlase auks.

Füüsiline pool

Metalli ja pooljuhi kontakti uurides on näha, et kui pooljuhi pinna lähedal on enamikus laengukandjates tühjenenud piirkond, siis selle pooljuhi kokkupuutealal pooljuhi küljel oleva metalliga. , moodustub ioniseeritud aktseptoritest ja doonoritest ruumitsoon laeng ning tekib blokeeriv kontakt — Schottky barjäär ise ... Mis tingimustel see barjäär tekib? Tahke aine pinnalt tuleva termokiirguse vool määratakse Richardsoni võrrandiga:

Loome tingimused, kus pooljuhi, näiteks n-tüüpi, kokkupuutel metalliga oleks metallist pärinevate elektronide termodünaamiline tööfunktsioon suurem kui pooljuhist pärinevate elektronide termodünaamiline tööfunktsioon. Sellistes tingimustes, vastavalt Richardsoni võrrandile, on pooljuhi pinnalt lähtuv termokiirgusvool suurem kui metallpinnalt lähtuv termokiirgusvool:

Algsel ajahetkel nende materjalide kokkupuutel pooljuhist metalli suunduv vool ületab pöördvoolu (metallist pooljuhini), mille tulemusena mõlema pooljuhi pinnalähedastes piirkondades ja metallist, hakkavad kogunema ruumilaengud - pooljuhis positiivsed ja metallis negatiivsed. Kontaktpiirkonnas tekib nendest laengutest moodustatud elektriväli ja energiaribade paindumine.

Välja toimel suureneb pooljuhi termodünaamiline tööfunktsioon ja tõus jätkub seni, kuni termodünaamilised tööfunktsioonid ja vastavad pinnale rakendatavad termokiirguse voolud muutuvad kontaktpiirkonnas võrdseks.

Pilt üleminekust tasakaaluolekusse koos potentsiaalse barjääri moodustumisega p-tüüpi pooljuhi ja metalli jaoks on sarnane vaadeldava näitega n-tüüpi pooljuhi ja metalliga. Välispinge ülesanne on reguleerida potentsiaalbarjääri kõrgust ja elektrivälja tugevust pooljuhi ruumilaengu piirkonnas.

Ülaltoodud joonisel on kujutatud Schottky barjääri moodustumise erinevate etappide pindalaskeeme. Tasakaalutingimustes kontakttsoonis soojuse emissioonivoolud ühtlustuvad, välja mõjul tekib potentsiaalbarjäär, mille kõrgus võrdub termodünaamiliste tööfunktsioonide vahega: φk = FMe — Фп / п.

Ilmselgelt osutub Schottky tõkke voolu-pinge karakteristik asümmeetriliseks. Edasisuunas suureneb vool rakendatava pingega eksponentsiaalselt. Vastassuunas vool pingest ei sõltu Mõlemal juhul juhivad voolu elektronid kui peamised laengukandjad.

Seetõttu eristuvad Schottky dioodid kiiruse poolest, kuna need välistavad hajus- ja rekombinatsiooniprotsessid, mis nõuavad lisaaega. Voolu sõltuvus pingest on seotud kandjate arvu muutumisega, kuna need kandjad osalevad laengu ülekande protsessis. Välispinge muudab elektronide arvu, mis võivad Schottky barjääri ühelt küljelt teisele poole liikuda.

Tänu tootmistehnoloogiale ja kirjeldatud tööpõhimõttele on Schottky dioodidel madal pingelang ettepoole, palju väiksem kui traditsioonilistel p-n-dioodidel.

Siin viib isegi väike algvool läbi kontaktala soojuse vabanemiseni, mis seejärel aitab kaasa täiendavate voolukandjate ilmumisele. Sel juhul vähemuslaengukandjate süstimist ei toimu.

Schottky dioodidel puudub seega hajus mahtuvus, kuna puuduvad vähemuskandjad ja selle tulemusena on kiirus võrreldes pooljuhtdioodidega üsna kõrge. Selgub, et tegemist on terava asümmeetrilise p-n ristmikuga.

Seega esiteks on Schottky dioodid mikrolaine dioodid erinevatel eesmärkidel: detektor, segamine, laviini transiit, parameetriline, impulss, korrutamine. Schottky dioode saab kasutada kiirgusdetektorite, pingemõõturite, tuumakiirguse detektorite, valgusmodulaatorite ja lõpuks kõrgsagedusalalditena.

Schottky dioodi tähistus diagrammidel

Diood Schottky täna

Tänapäeval kasutatakse Schottky dioode laialdaselt elektroonikaseadmetes. Diagrammidel on need kujutatud tavalistest dioodidest erinevalt. Sageli võite leida kahekordseid Schottky alaldeid, mis on valmistatud toitelülititele omases kolmekontaktilises korpuses. Sellised topeltstruktuurid sisaldavad sees kahte Schottky dioodi, mis on ühendatud katoodide või anoodidega, sagedamini kui katoodidega.

Koostis olevad dioodid on väga sarnaste parameetritega, kuna iga selline sõlm toodetakse ühes tehnoloogilises tsüklis ja selle tulemusena on nende töötemperatuur vastavalt sama ja töökindlus kõrgem. Püsiv 0,2–0,4-voldine pingelang koos suure kiirusega (nanosekundite ühikud) on Schottky dioodide vaieldamatuteks eelisteks nende p-n kolleegide ees.

Schottky barjääri eripära dioodides seoses madala pingelangusega avaldub kuni 60-voldise rakendatud pinge korral, kuigi kiirus jääb vankumatuks. Tänapäeval leidub 25CTQ045 tüüpi Schottky dioode (pinge jaoks kuni 45 volti, voolude jaoks kuni 30 amprit iga koostu dioodipaari kohta) paljudes lülitustoiteallikates, kus need toimivad kuni mitme voolu alaldina. sada kilohertsi.

Schottky dioodide miinuste teemat on võimatu mitte puudutada, loomulikult on neid ja neid on kaks. Esiteks lülitab kriitilise pinge lühiajaline ületamine dioodi kohe välja. Teiseks mõjutab temperatuur tugevalt maksimaalset pöördvoolu. Väga kõrge ristmikutemperatuuri korral läheb diood lihtsalt katki isegi nimipingel töötades.

Ükski raadioamatöör ei saa oma praktikas hakkama ilma Schottky dioodideta. Populaarseimad dioodid saab siin ära märkida: 1N5817, 1N5818, 1N5819, 1N5822, SK12, SK13, SK14. Need dioodid on saadaval nii väljund- kui ka SMD versioonina. Peamine asi, mida raadioamatöörid neid nii kõrgelt hindavad, on nende suur kiirus ja madal ristmiku pingelang – maksimaalselt 0,55 volti – nende komponentide madala hinnaga.

Haruldane PCB saab ühel või teisel eesmärgil ilma Schottky dioodideta. Kusagil toimib Schottky diood tagasisideahela väikese võimsusega alaldina, kuskil - pinge stabilisaatorina 0,3–0,4 volti tasemel ja kuskil on see detektor.

Allolevas tabelis näete tänapäeval kõige levinumate väikese võimsusega Schottky dioodide parameetreid.