Diodă Schottky
| Diodă Schottky | |
|---|---|
 | |
| Tip | Pasiv |
| Inventat de | Walter Schottky |
| Simbol electric | |
 | |
| Configurarea pinului | Anod și catod |
| Vezi: componentă electronică | |
Dioda Schottky , numită după fizicianul german Walter Schottky , este o diodă cu tensiune prag scăzută și viteză mare de comutare. Detectorul de mustață al pisicii poate fi considerat o diodă Schottky primitivă.
Când un curent curge printr-o diodă există o mică cădere de tensiune pe bornele sale. O diodă normală de siliciu are o cădere de tensiune peste ea în jur de 0,6-0,7 volți, în timp ce căderea de tensiune pe o diodă Schottky este de aproximativ 0,15-0,45 volți (căderea tinde să crească pe măsură ce curentul crește. Care trece prin dioda Schottky). Această scădere de potențial scăzută permite o eficiență mai bună a sistemului, în timp ce lipsa purtătorilor minoritari care trebuie extrasă în diodele de joncțiune înainte de a obține interdicția permite viteze mari de comutare și reducerea depășirilor de comutare.
Producție
O joncțiune metal-semiconductor este formată pentru a crea o barieră Schottky (în locul unei joncțiuni pn ca în diodele convenționale). Metalele utilizate cel mai frecvent pentru aceste procese sunt: molibden, platină, tungsten sau crom și, uneori, silicură , precum siliciu de paladiu și silicură de platină; în ceea ce privește semiconductorii, pe de altă parte, se folosește de obicei siliciu dopat de tip n. [1] Stratul metalic constituie anodul diodei în timp ce semiconductorul de tip n este catodul. Această barieră Schottky din ambele materiale oferă o rată de comutare ridicată și o cădere de potențial scăzută.
Alegerea combinației metalice și semiconductoare determină tensiunea pragului diodei. Ambii semiconductori, de tip nop, prezintă efectul Schottky; cu toate acestea, semiconductorii de tip p au o tensiune de prag mai mică decât semiconductorii de tip n. Scurgerea de curent invers a diodei crește odată cu scăderea tensiunii înainte, deci nu poate fi excesiv de mică; gama valorilor utilizate în mod obișnuit este de aproximativ 0,5-0,7 volți. Materialele precum silicura de titan și alte silicide refractare, utilizate în procesele de producție ale CMOS, deoarece sunt capabile să reziste la temperaturile ridicate pentru depunerea canalelor sursă și de scurgere, au o cădere de tensiune excesiv de mică, prin urmare procesele care utilizează aceste silicidele nu permit formarea diodelor Schottky.
Pe măsură ce concentrația de dopant din semiconductor crește, lățimea regiunii de epuizare scade. Sub o anumită lățime, sarcinile pot suferi tuneluri prin zona de golire. La niveluri de dopaj extrem de ridicate, joncțiunea nu se mai comportă ca un redresor și devine un contact ohmic. Această tehnică poate fi utilizată pentru producerea simultană de contacte ohmice și diode: o diodă se formează între o silicidă și o regiune de tip p ușor dopată, în timp ce un contact ohmic între o silicidă și o regiune de tip p puternic dopată. Zona de tip p ușor dopată dezvăluie o rezistență foarte mare pentru a funcționa ca un bun contact ohmic, dar o tensiune înainte prea mică și un curent invers prea mare pentru a forma o diodă bună.
Dacă joncțiunea de contact Schottky este destul de clară, în jurul său se stabilește un gradient de câmp electric ridicat, limitând tensiunea de avarie inversă. Sunt folosite diverse strategii pentru difuzia gradientului de câmp, de la inelele de protecție la suprapunerea metalizării. Inelele de protecție consumă o suprafață considerabilă pe dispozitiv, care, de asemenea, nu mai este utilizabilă și sunt utilizate în principal în diode de înaltă tensiune, în timp ce suprapunerea metalizării este utilizată cu diode pentru tensiuni mici.
Diodele Schottky sunt adesea folosite ca cleme anti-saturație pe tranzistoare ( Baker Clamp ). În acest caz, silicura de paladiu este o alegere excelentă datorită tensiunii sale directe scăzute (care trebuie să fie la fel de mică ca tensiunea directă a joncțiunii bază-colector); silicida de platină are o tensiune directă apropiată de cea anterioară și necesită mai multă atenție în proiectarea aspectului. Coeficientul de temperatură Schottky este mai mic decât coeficientul de joncțiune bază-colector, ceea ce limitează utilizarea PtSi la temperaturi ridicate.
Pentru puterea diodelor Schottky, rezistențele parazite ale stratului îngropat n + și ale stratului epitaxial de tip n nu mai pot fi neglijate. Rezistența stratului epitaxial este mai relevantă în acest caz decât într-un tranzistor când curentul curge prin el de-a lungul întregii sale grosimi. Cu toate acestea, funcționează ca un rezistor distribuit pe întreaga zonă a joncțiunii și previne scurgerile termice localizate sub funcționarea normală.
În comparație cu dioda de putere normală, dioda Schottky este mai puțin robustă. Joncțiunea este adusă în contact direct cu metalizarea care este sensibilă termic; o diodă Schottky poate disipa, prin urmare, mai puțină putere decât o diodă normală de aceeași dimensiune cu joncțiunea stratului îngropat, înainte de rupere, mai ales dacă se află în zona de avarie. Avantajul unei tensiuni înainte reduse a diodei Schottky se pierde la curenți înainte mari, caz în care căderea de tensiune se datorează unei serii de rezistențe. [2]
Timp invers de recuperare
Cea mai importantă diferență între diodele normale și diodele Schottky este timpul de recuperare inversă, când dioda trece de la starea de conducere la starea oprită. În cazul diodelor normale, acest timp poate fi de ordinul a sute de nanosecunde și mai puțin de 100 ns pentru cele mai rapide diode; în diodele Schottky timpul de recuperare inversă este în schimb zero, deoarece nu este nimic de restabilit (nu există purtători de încărcare acumulate în zona de golire a joncțiunii). Timpul de comutare este de aproximativ 100 ps pentru diodele de semnal mici și peste zeci de nanosecunde pentru diodele de putere specială de mare capacitate. În plus, în diodele pn normale există un curent de resetare inversă, care în semiconductorul de putere introduce zgomot prin interferențe electromagnetice . În diodele Schottky, comutarea are loc aproape instantaneu, datorită capacității reduse de încărcare.
Se spune adesea că dioda Schottky este un dispozitiv de „încărcare majoritară”, acest lucru se datorează faptului că dacă cea mai mare parte a semiconductorului este dopată de tip n, atunci numai purtătorii de tip n (electroni în mișcare) joacă un rol semnificativ în timpul funcționării normale a dispozitivului. Sarcinile majoritare sunt injectate rapid în banda de conducere a contactului metalic de pe cealaltă parte a diodei, devenind electroni liberi să se miște; prin urmare, nu este implicat nici un fel de recombinare a sarcinilor n și p, astfel încât această diodă poate opri conducerea mai repede decât o diodă normală redresoare. La rândul său, această proprietate permite o zonă mai mică a dispozitivului, care beneficiază, de asemenea, de o capacitate mai mică și o tranziție mai rapidă. Acesta este un alt motiv pentru care diodele Schottky sunt utilizate pe scară largă pentru comutarea convertoarelor de putere; viteza mare a diodei permite circuitului să funcționeze la frecvențe cuprinse între 200 kHz și 2 MHz, putând astfel utiliza inductanțe și capacități mici, cu o eficiență mai mare decât poate fi posibil cu alte tipuri de diode. Diodele Schottky cu suprafață mică sunt inima detectoarelor și mixerelor RF, care operează adesea peste 50 GHz.
Limitări
Cele mai evidente limitări ale diodei Schottky sunt: tensiunea inversă relativ scăzută în diodele de joncțiune metal-semiconductoare, de obicei sub 50V și curentul invers relativ ridicat. Există mai multe dispozitive concepute pentru tensiuni ridicate (200 V este considerat o tensiune inversă ridicată). Curentul invers, pe măsură ce crește odată cu temperatura, duce la o problemă de fugă termică. Acest lucru limitează adesea utilizarea tensiunii inverse utile la posibilități sub reale.
În timp ce se pot obține tensiuni inversate mai mari, acestea se caracterizează prin căderi de tensiune înainte mai mari, comparabile cu cele ale altor tipuri; astfel dioda Schottky nu ar avea niciun avantaj [3] dacă nu ar fi pentru viteza de comutare mai mare.
Diode Schottky din carbură de siliciu
Diodele Schottky fabricate din carbură de siliciu au un curent invers mai mic decât diodele Schottky normale din siliciu și tensiuni inverse mai mari. Din 2011, acestea sunt disponibile pentru vânzare în variante peste 1700 V. [4]
Carbura de siliciu are o conductivitate termică ridicată, iar temperatura are doar o ușoară influență asupra comutării sale și a caracteristicilor sale termice în general. Cu pachete speciale, diodele Schottky din carbură de siliciu pot funcționa la temperaturi de joncțiune de până la 500 K (aproximativ 200 ° C), ceea ce permite răcirea pasivă prin radiații în aplicațiile aerospațiale. [4]
Aplicații
Strângerea tensiunii
În timp ce diodele normale de siliciu au o tensiune de prag în jurul a 0,7 V (cele de germaniu în jur de 0,3 V), diodele Schottky au o tensiune de prag de aproximativ 1 mA, de la 0,15 la 0,46 V (a se vedea, de exemplu, fișele tehnice ale producătorilor 1N5817 [5] și a 1N5711 [6] ), care le fac utile în aplicații de prindere (adică tehnica care permite deplasarea formei de undă a semnalului în întregime pe semiplanul pozitiv sau negativ al ordonatei) și în prevenirea saturației tranzistorului , acest lucru se datorează densităților ridicate de curent din dioda Schottky.
Protecție împotriva curentului invers și a descărcării
Datorită tensiunii de prag scăzute a diodei Schottky, se pierde mai puțină energie în căldură, făcându-l cea mai eficientă alegere pentru aplicații cu consum redus. Tocmai acestea sunt utilizate în sisteme fotovoltaice de sine stătătoare pentru a proteja bateriile de descărcarea către panourile solare în timpul nopții și într-un sistem conectat la rețeaua electrică, care are diferite șiruri conectate în paralel, pentru a preveni curenții inversul poate curge de la șirurile adiacente la cele care nu sunt iluminate corespunzător în cazul ruperii diodelor de bypass.
Dietă
Ele sunt, de asemenea, utilizate ca redresoare în sursele de alimentare ; tensiunea de prag scăzută și timpul de recuperare rapid duc la o creștere a eficienței.
Diodele Schottky pot fi utilizate pentru alimentarea circuitelor SAU care au atât o baterie internă, cât și o sursă de alimentare. Cu toate acestea, curentul invers mare este o problemă în acest caz, deoarece orice circuit de detectare a tensiunii cu impedanță ridicată (de exemplu, pentru monitorizarea tensiunii bateriei sau verificarea prezenței sursei de alimentare) va vedea o tensiune care vine de la cealaltă sursă de alimentare prin diodă.
Proiecta
Diodele Schottky care încorporează serii rectificatoare 1N5817 (1 amper ) sunt frecvent întâlnite. [5] Joncțiunile metal-semiconductoare caracterizează succesorii familiilor logice 7400 TTL , seriile 74S, 74LS și 74ALS, unde sunt utilizate pentru proprietățile de prindere a tensiunii în paralel cu joncțiunile de bază-colector ale BJT pentru a preveni saturația, și, prin urmare, reduce considerabil întârzierea timpului de oprire.
Diodele Schottky cu semnal mic, cum ar fi seriile 1N5711, [6] 1N6263, [7] 1SS106, [8] 1SS108, [9] și BAT41–43, 45–49 [10] sunt utilizate pe scară largă pentru aplicații de înaltă frecvență, cum ar fi mixer și elemente neliniare, unde au înlocuit diodele de germaniu. Sunt, de asemenea, potrivite pentru protecția împotriva descărcării electrostatice a dispozitivelor sensibile la descărcarea electrostatică, cum ar fi dispozitivele semiconductoare din grupele III - V , diode laser și, într-o măsură mai mică, liniile expuse ale circuitelor CMOS .
Alternative
Când se dorește o disipare mai mică a puterii, un circuit de control și un MOSFET pot fi folosite în schimb, într-un mod de funcționare cunoscut sub numele de „rectificare activă”.
O super-diodă constă dintr-o diodă pn sau o diodă Schottky și un amplificator operațional care produce o caracteristică a diodei aproape perfectă datorită efectului feedback-ului negativ, deși utilizarea sa este limitată la frecvențe din banda de trecere a amplificatorului operațional.
Notă
- ^ '' MA Laughton, 17. Power Semiconductor Devices , în cartea de referință a inginerului electric , Newnes, 2003, pp. 25-27, ISBN 0-7506-4637-3 ,, 9780750646376. Accesat la 16 mai 2011 .
- ^ Alan Hastings - The Art of Analog Layout, ed. A 2-a (2005, ISBN 0131464108 )
- ^ Microsemi Corporation Applications: Introducere în redresoarele Schottky . "Diodele redresoare de tip Schottky rareori depășesc 100 V la vârfurile lor de funcționare de tensiune inversă, deoarece dispozitivele chiar deasupra acestui prag au tensiuni directe egale sau mai mari decât joncțiunea de rectificare echivalentă pn."
- ^ a b Tehnologie electronică de putere: diode Schottky: cele vechi sunt bune, cele noi sunt mai bune ( PDF ), pe powerelectronics.com . Adus la 11 aprilie 2013 (arhivat din original la 13 februarie 2020) .
- ^ a b 1N5817 Foaie de date pdf - SCHOTTKY BARRIER RECTIFIER TENSIUNE: 20 LA 40V CURENT: 1.0A - Shanghai Sunrise Electronics , pe datasheetcatalog.com . Adus pe 14 ianuarie 2013 .
- ^ a b 1N5711 Foaie de date pdf - DIODĂ SCHOTTKY CU SEMNAL MIC - SGS Thomson Microelectronics , pe datasheetcatalog.com . Adus pe 14 ianuarie 2013 .
- ^ 1N6263 Foaie de date pdf - Schottky Diodes - Vishay , la datasheetcatalog.com . Adus pe 14 ianuarie 2013 .
- ^ 1SS106 Datasheet pdf - Schottky Barrier Diodes for Detection and Mixer - Hitachi Semiconductor , la datasheetcatalog.com . Adus pe 14 ianuarie 2013 .
- ^ 1SS108 Foaie de date pdf - Diodă barieră siliconică Schottky pentru diferite detectoare / comutare de mare viteză - Hitachi Semiconductor , la datasheetcatalog.com . Adus pe 14 ianuarie 2013 .
- ^ Foaie de date - Numele piesei începe cu BAT4 , pe datasheetcatalog.com . Adus pe 14 ianuarie 2013 .
Elemente conexe
Alte proiecte
-
Wikimedia Commons conține imagini sau alte fișiere pe dioda Schottky
linkuri externe
- „Caracteristicile diodelor Schottky” - PowerGuru
- „Introducere în redresoarele Schottky” ( PDF ), pe microsemi.com .
- "Este cea mai mică cădere de tensiune directă a diodelor schottky reale întotdeauna cea mai bună alegere?" Aplicație tehnică, IXYS Corp.
- „Diodă Schottky” în Electronică și Radio Astăzi , pe electronic-radio.com .
- „Diodes” , pe piclist.com .
| Controlul autorității | LCCN (EN) sh85038107 · GND (DE) 4179945-8 |
|---|
