Schottky-barrierdioder er halvlederdioder designet med minimal fremadspænding og hurtige skiftehastigheder, der kan være så lave som 10 ns. Disse er produceret i strømintervaller på 500 mA til 5 ampere og op til 40 V. På grund af disse funktioner bliver de specifikt egnede til lavspændings-, højfrekvente applikationer som f.eks. I SMPS og også som effektive frithjulsdioder.
Enhedens symbol vises på følgende billede:
Høflighed: https://en.wikipedia.org/wiki/Schottky_diode
Intern konstruktion
Schottky-dioder er konstrueret forskelligt i forhold til de traditionelle p-n-forbindelsesdioder. I stedet for et p-n-kryds er de bygget ved hjælp af en metal halvlederkryds som vist nedenfor.
Halvledersektionen er for det meste bygget ved hjælp af n-type silicium og også med en masse forskellige materialer som platin, wolfram, molybdæn, krom osv. Dioden kan have forskellige sæt karakteristika afhængigt af hvilket materiale der anvendes, hvilket gør det muligt for dem at have forbedret skiftehastighed, lavere fremadspændingsfald osv.
Hvordan det virker
I Schottky-dioder bliver elektroner majoritetsbæreren i halvledermaterialet, mens der i metallet er ekstremt små minoritetsbærere (huller). Når de to materialer er forbundet, begynder elektronerne, der er til stede i siliciumhalvlederen, hurtigt at strømme mod det forbundne metal, hvilket resulterer i en massiv overførsel af majoritetsbærere. På grund af deres øgede kinetiske energi end metallet kaldes de generelt 'varme bærere'.
De normale p-n-forbindelsesdioder, som mindretalsbærerne injiceres over forskellige tilstødende polariteter. Mens der i Schottky-dioder injiceres elektroner på tværs af regioner med identisk polaritet.
Den massive tilstrømning af elektroner mod metallet forårsager kraftigt tab af bærere for siliciummaterialet i området tæt på krydsoverfladen, hvilket ligner nedbrydningsområdet for p-n-krydset af andre dioder. De yderligere bærere i metallet skaber en 'negativ væg' i metallet mellem metallet og halvlederen, som blokerer for yderligere strømindgang. Betydning af de negativt ladede elektroner ved siliciumhalvlederen inde i Schottky-dioder letter et bærerfrit område sammen med en negativ væg ved metaloverfladen.
Idet der henvises til nedenstående figur, forårsager anvendelse af fremadspændingsstrøm i den første kvadrant en reduktion i den negative barrieres energi på grund af den positive tiltrækning fra elektronerne i dette område. Dette fører til returstrømmen af elektroner i enorme mængder over grænsen. Størrelsen af disse elektroner afhænger af størrelsen af potentialet, der anvendes til forspænding.
Forskel mellem normale dioder og Schottky-dioder
Sammenlignet med normale p-n-forbindelsesdioder er barriereforbindelsen i Schottky-dioder lavere, både i forreste og omvendte forspændingsregioner.
Dette gør det muligt for Schottky-dioderne at have meget forbedret strømledning til det samme niveau af forspændingspotentiale på tværs af både fremadgående og omvendte forspændingsregioner. Dette ser ud til at være en god funktion i den forreste bias-region, skønt dårlig for den reverse bias-region.
Definitionen af generelle karakteristika for en halvlederdiode for de forreste og omvendte forspændingsregioner er repræsenteret ved ligningen:
jeg D = Jeg S (er kVd / Tk -1)
hvor Er = omvendt mætningsstrøm
k = 11.600 / η med η = 1 for Germanium-materiale og η = 2 for Silicon-materiale
Den samme ligning beskriver den eksponentielle stigning i strømmen i Schottky-dioder i den følgende figur, men faktoren η bestemmes af diodens konstruktionstype.
I omvendt-bias-regionen, den nuværende Er skyldes hovedsageligt de metalelektroner, der kører ind i halvledermaterialet.
Temperaturegenskaber
For Schottky-dioder er et af de primære aspekter, der kontinuerligt er blevet undersøgt, hvordan man minimerer dens betydelige lækstrømme ved høje temperaturer over 100 ° C.
Dette har ført til produktion af bedre og forbedrede enheder, der kan arbejde effektivt selv ved ekstreme temperaturer mellem - 65 til + 150 ° C.
I typiske stuetemperaturer kan denne lækage være i området mikroampere til Schottky-dioder med lav effekt og i intervallet milliamperer til enheder med høj effekt.
Disse tal er dog større sammenlignet med normale p-n-dioder med de samme effektspecifikationer. Også den PIV-vurdering for en Schottky-dioder kan være meget mindre end vores traditionelle dioder.
For eksempel kan en 50 amp-enhed normalt have en PIV-klassificering på 50 V, hvorimod denne kan være op til 150 V for en normal 50 amp-diode. Når det er sagt, har nylige fremskridt aktiveret Schottky-dioder med PIV-klassificeringer over 100 V ved de samme strømstyrkeværdier.
Det bliver helt klart af ovenstående grafiske gengivelse, at Schottky-dioder tilskrives et næsten ideelt sæt egenskaber, endnu bedre end en krystaldiode (punktkontaktdiode). Det forreste fald på en punktkontaktdiode er typisk lavere end en normal p-n-forbindelsesdiode.
VT eller det forreste spændingsfald af Schottky-dioden bestemmes i høj grad af metallet indeni. Der sker tilfældigvis en kompromis mellem effekten af temperaturen og VT-niveauet. Hvis en af disse parametre stiger, øger den anden også nedværdigende enhedens effektivitetsniveau. Desuden afhænger VT også af det aktuelle område, lavere tilladte værdier sikrer lavere værdier for VT. VT-fremadfaldet kan i det væsentlige være nede for nul for en given enhed på lavt niveau i en omtrentlig vurdering. For mellem- og højere strømområder kan de fremadrettede faldværdier være omkring 0,2 V, og dette ser ud til at være en fin repræsentativ værdi.
I øjeblikket er den maksimale tolerante nuværende rækkevidde Schottky-diode omkring 75 ampere, selvom op til 100 ampere muligvis også snart er i horisonten.
Schottky-diode-applikation
Schottky-diodernes vigtigste anvendelsesområde er at skifte strømforsyning eller SMPS, som er beregnet til at arbejde med frekvenser over 20 kHz.
Typisk kan en 50 amp Schottky-diode ved stuetemperatur vurderes med en fremadspænding på 0,6 V og en gendannelsestid på 10 ns, specielt designet til en SMPS-applikation. På den anden side kan en almindelig p-n-forbindelsesdiode udvise et fremadgående fald på 1,1 V og en genopretningstom på omkring 30 til 50 ns ved den samme aktuelle specifikation.
Du kan finde den ovenstående fremadrettede spændingsforskel for at være ret lille, men hvis vi ser på effektafledningsniveauet mellem de to: P (hot carrier) = 0,6 x 50 = 30 watt og P (pn) = 1,1 x 50 = 55 watt, hvilket er en ret målelig forskel, der kan skade effektiviteten af SMPS kritisk.
Selvom dissipationen i en Schottky-diode i den omvendte forspændingsregion kan være lidt højere, vil alligevel netto fremad- og omvendt forspænding være meget bedre end en p-n-forbindelsesdiode.
Omvendt gendannelsestid
I almindelig p-n halvlederdiode er den omvendte genopretningstid (trr) høj på grund af de injicerede minoritetsbærere.
I Schottky-dioder på grund af ekstremt lave minoritetsbærere er den omvendte genopretningstid væsentligt lav. Derfor er Schottky-dioder i stand til at arbejde så effektivt selv ved frekvenser på 20 GHz, hvilket kræver, at enhederne skifter med en ekstrem hurtig hastighed.
For højere frekvenser end dette anvendes der stadig en punktkontaktdiode eller en krystaldiode på grund af deres meget lille krydsningsområde eller punktkrydsningsområde.
Schottky-dioder ækvivalent kredsløb
Den næste figur viser det ækvivalente kredsløb for en Schottky-diode med typiske værdier. Det tilstødende symbol er enhedens standardsymbol.
Induktansen Lp og kapacitansen Cp er de værdier, der er angivet i selve pakken, rB udgør seriemodstanden, der består af kontaktmodstanden og bulkmodstanden.
Værdierne for modstanden rd og kapacitansen Cj er som beregnet i de foregående afsnit.
Schottky-diode Specifikationstabel
Diagrammet nedenfor giver os en liste over hot-carrier ensrettere fremstillet af Motorola Semiconductor Products sammen med deres specifikationer og pinout detaljer.
Tidligere: Diode-korrigering: Half-Wave, Full-Wave, PIV Næste: LED-forhindringslyskredsløb
