Schottky barjeras diodes ir pusvadītāju diodes, kas izstrādātas ar minimālu spriegumu uz priekšu un ātru pārslēgšanās ātrumu, kas var būt pat 10 ns. Tie tiek ražoti strāvas diapazonā no 500 mA līdz 5 ampēriem un līdz 40 V. Šo īpašību dēļ tie kļūst īpaši piemēroti zema sprieguma, augstas frekvences lietojumiem, piemēram, SMPS, kā arī kā efektīvas brīvriteņu diodes.
Ierīces simbols ir parādīts šādā attēlā:
Pieklājība: https://en.wikipedia.org/wiki/Schottky_diode
Iekšējā konstrukcija
Schottky diodes tiek konstruētas atšķirīgi, salīdzinot ar tradicionālajām p-n savienojuma diodēm. P-n krustojuma vietā tie tiek būvēti, izmantojot a metāla pusvadītāju savienojums kā parādīts zemāk.
Pusvadītāju sekcija galvenokārt tiek veidota, izmantojot n-veida silīciju, kā arī ar dažādiem materiāliem, piemēram, platīnu, volframu, molibdēnu, hromu uc pārslēgšanās ātrums, zemāks sprieguma kritums uz priekšu utt.
Kā tas strādā
Šotka diodēs elektroni kļūst par lielāko nesēju pusvadītāju materiālā, bet metālā ir ārkārtīgi mazi mazākuma nesēji (caurumi). Kad abi materiāli ir saistīti, silīcija pusvadītājā esošie elektroni sāk strauji plūst uz savienotā metāla pusi, kā rezultātā notiek masveida vairākuma nesēju pārnešana. Pateicoties palielinātajai kinētiskajai enerģijai nekā metāls, tos parasti sauc par “karstajiem nesējiem”.
Parastās p-n savienojuma diodes, kurās mazākuma nesēji tiek injicēti dažādās blakus esošās polaritātēs. Savukārt Šotka diodēs elektroni tiek ievadīti pa reģioniem ar identisku polaritāti.
Masveida elektronu pieplūdums pret metālu izraisa lielu silīcija materiāla nesēju zudumu zonā, kas atrodas tuvu krustojuma virsmai, kas līdzinās citu diodu p-n krustojuma noplicināšanas apgabalam. Papildu nesēji metālā rada “negatīvu sienu” metālā starp metālu un pusvadītāju, kas bloķē turpmāku strāvas ieplūdi. Nozīmē negatīvi lādētos elektronus silīcija pusvadītājā Schottky diodēs, kas atvieglo nesēju reģionu kopā ar negatīvu sienu pie metāla virsmas.
Atsaucoties uz zemāk parādīto attēlu, uz priekšu vērstas strāvas izmantošana pirmajā kvadrantā izraisa negatīvās barjeras enerģijas samazināšanos, pateicoties elektronu pozitīvajai pievilcībai šajā apgabalā. Tas noved pie elektronu atgriešanās plūsmas milzīgā daudzumā pāri robežai. Šo elektronu lielums ir atkarīgs no novirzes pielietotā potenciāla lieluma.
Atšķirība starp parastajām diodēm un Schottky diodēm
Salīdzinot ar parastajām p-n krustojuma diodēm, barjeras krustojums Schottky diodēs ir zemāks gan uz priekšu, gan atpakaļgaitas novirzes reģionos.
Tas ļauj Schottky diodēm ievērojami uzlabot pašreizējo vadītspēju ar tādu pašu novirzes potenciāla līmeni gan uz priekšu, gan atpakaļgaitas novirzes reģionos. Šķiet, ka tā ir laba iezīme novirzes uz priekšu reģionā, lai gan slikta pretējā novirzes reģionā.
Pusvadītāju diodes vispārējo raksturlielumu definīciju uz priekšu un atpakaļgaitas slīpuma reģioniem attēlo vienādojums:
Es D = Es S (ir kVd / Tk -1)
kur Is = apgrieztā piesātinājuma strāva
k = 11 600 / η ar η = 1 ģermānija materiālam un η = 2 silīcija materiālam
Šis vienādojums nākamajā attēlā apraksta strāvas eksponenciālo pieaugumu Šotka diodēs, tomēr koeficientu η nosaka diodes uzbūves tips.
Reversās neobjektivitātes reģionā pašreizējais Ir galvenokārt ir saistīts ar tiem metāla elektroniem, kas nonāk pusvadītāju materiālā.
Temperatūras raksturlielumi
Attiecībā uz Schottky diodēm viens no primārajiem aspektiem, kas tiek nepārtraukti pētīts, ir tas, kā samazināt tā būtiskās noplūdes strāvas augstā temperatūrā virs 100 ° C.
Tas ir radījis labāku un uzlabotu ierīču ražošanu, kas var efektīvi darboties pat ekstremālās temperatūrās no - 65 līdz + 150 ° C.
Tipiskā istabas temperatūrā šī noplūde var būt mikroamperu diapazonā mazjaudas Schottky diodēm un miliamperu diapazonā lieljaudas ierīcēm.
Tomēr šie skaitļi ir lielāki, salīdzinot ar parastajām p-n diodēm ar vienādām jaudas specifikācijām. Arī PIV vērtējums Schottky diodēm var būt daudz mazāk nekā mūsu tradicionālajām diodēm.
Piemēram, parasti 50 ampēru ierīces PIV vērtējums var būt 50 V, turpretim parastam 50 amp diodēm tas var būt līdz 150 V. Tas nozīmē, ka nesenie sasniegumi ir ļāvuši Schottky diodēm ar PIV vērtējumu virs 100 V pie līdzīgām strāvas stipruma vērtībām.
No iepriekš minētā grafiskā attēla kļūst pilnīgi skaidrs, ka Schottky diodēm tiek piedēvēts gandrīz ideāls raksturlielumu kopums, pat labāks par kristāla diode (punktveida kontakta diode). Punkta kontaktdiodes kritums uz priekšu parasti ir zemāks par parastajām p-n savienojuma diodēm.
VT vai Schottky diode sprieguma kritumu uz priekšu lielā mērā nosaka iekšpusē esošais metāls. Starp temperatūras ietekmi un VT līmeni notiek kompromiss. Ja viens no šiem parametriem palielinās, arī otrs palielina ierīces efektivitātes līmeņa pazemināšanos. Turklāt VT ir atkarīgs arī no pašreizējā diapazona, zemākas pieļaujamās vērtības nodrošina zemākas VT vērtības. VT uz priekšu kritums var būt aptuveni līdz nullei noteiktām zema līmeņa vienībām aptuvenā novērtējumā. Vidējiem un augstākiem strāvas diapazoniem kritiena uz priekšu vērtības varētu būt aptuveni 0,2 V, un šķiet, ka tā ir laba reprezentatīvā vērtība.
Šobrīd Schottky diode pieejamais maksimālais pieļaujamais strāvas diapazons ir aptuveni 75 ampēri, lai gan drīzumā pie horizonta var būt arī līdz 100 ampēriem.
Schottky diode pieteikums
Galvenais Schottky diodes pielietojuma apgabals ir komutācijas barošanas avotos vai SMPS, kas paredzēti darbam ar frekvencēm, kas pārsniedz 20 kHz.
Parasti 50 ampēru Schottky diodi istabas temperatūrā var novērtēt ar spriegumu uz priekšu 0,6 V un 10 ns atkopšanas laiku, kas īpaši paredzēts SMPS lietošanai. No otras puses, parastais p-n savienojuma diods var uzrādīt 1,1 V kritumu uz priekšu un atgūšanas tomātu no aptuveni 30 līdz 50 ns pie tās pašas pašreizējās specifikācijas.
Iepriekš minētā sprieguma starpība var būt diezgan maza, tomēr, ja mēs aplūkojam jaudas izkliedes līmeni starp abiem: P (karstais nesējs) = 0,6 x 50 = 30 vati un P (pn) = 1,1 x 50 = 55 vati, kas ir diezgan izmērāma atšķirība, kas var kritiski kaitēt SMPS efektivitātei.
Lai gan apgrieztā slīpuma reģionā izkliede Šotka diodē var būt nedaudz lielāka, tomēr neto uz priekšu un atpakaļgaitā izkliedētā izkliede būs daudz labāka nekā p-n savienojuma diode.
Reversais atkopšanas laiks
Parastajā p-n pusvadītāju diodē apgrieztās atjaunošanās laiks (trr) ir liels injicēto mazākuma nesēju dēļ.
Schottky diodēs ārkārtīgi zemu minoritāšu nesēju dēļ reversais atkopšanas laiks ir ievērojami mazs. Tāpēc Schottky diodes spēj darboties tik efektīvi pat pie 20 GHz frekvencēm, kas prasa, lai ierīces pārslēgtos ārkārtīgi ātri.
Augstākām frekvencēm par šo joprojām tiek izmantots punktveida kontakta diode vai kristāla diode, pateicoties to ļoti mazajam savienojuma laukumam vai punktu savienojuma laukumam.
Šotka diodu ekvivalenta shēma
Nākamais attēls attēlo Schottky diode līdzvērtīgu ķēdi ar tipiskām vērtībām. Blakus esošais simbols ir ierīces standarta simbols.
Induktivitāte Lp un kapacitāte Cp ir vērtības, kas norādītas pašā iepakojumā, rB veido virknes pretestību, ko veido kontakta pretestība un tilpuma pretestība.
Pretestības rd un kapacitātes Cj vērtības atbilst iepriekšējos punktos aplūkotajiem aprēķiniem.
Šotka diode specifikācijas diagramma
Zemāk redzamajā diagrammā ir saraksts ar Motorola Semiconductor Products ražotajiem taisngriežu karstajiem nesējiem, kā arī to specifikācijas un kontaktinformācija.
Pāri: Diodu rektifikācija: pusviļņi, pilna viļņi, PIV Nākamais: LED šķēršļu gaismas ķēde
