Schottkyjeve barijerne diode su poluvodičke diode konstruirane s minimalnim naponom prema naprijed i brzim brzinama prebacivanja koje mogu biti i do 10 ns. Proizvode se u strujnim opsezima od 500 mA do 5 ampera i do 40 V. Zahvaljujući tim značajkama postaju posebno prikladni za niskonaponske, visokofrekventne primjene kao što je SMPS, a također i kao učinkovite diode slobodnog okretaja.
Simbol uređaja prikazan je na sljedećoj slici:
Ljubaznost: https://en.wikipedia.org/wiki/Schottky_diode
Interna gradnja
Schottky diode konstruirane su drugačije u usporedbi s tradicionalnim diodama s p-n spojem. Umjesto p-n spoja grade se pomoću a metalni poluvodički spoj kako je prikazano dolje.
Poluvodički dio uglavnom je izrađen od silicija n-tipa, a također i s hrpom različitih materijala kao što su platina, volfram, molibden, krom itd. Dioda može imati različit skup karakteristika ovisno o tome koji se materijal koristi, što im omogućuje poboljšanje brzina prebacivanja, niži pad napona naprijed itd.
Kako radi
U Schottky diodama elektroni postaju većinski nosač u poluvodičkom materijalu, dok u metalu postoje izuzetno mali manjinski nosači (rupe). Kad su dva materijala povezana, elektroni prisutni u silicijskom poluvodiču počinju brzo teći prema povezanom metalu, što rezultira masivnim prijenosom većinskih nosača. Zbog povećane kinetičke energije od metala, općenito se nazivaju 'vrućim nosačima'.
Normalne diode p-n spoja manjinski nosači ubrizgavaju se preko različitih susjednih polariteta. Dok se u Schottky diodama elektroni ubrizgavaju u područja s jednakim polaritetom.
Masivni priljev elektrona prema metalu uzrokuje veliki gubitak nosača silicijskog materijala na području blizu površine spoja, što nalikuje području iscrpljivanja p-n spoja ostalih dioda. Dodatni nosači u metalu stvaraju 'negativni zid' u metalu između metala i poluvodiča koji blokira daljnji ulaz struje. To znači da negativno nabijeni elektroni na silicijskom poluvodiču unutar Schottky dioda olakšavaju područje bez nosača zajedno s negativnim zidom na metalnoj površini.
Pozivajući se na dolje prikazanu sliku, primjena struje pristranosti u prvom kvadrantu uzrokuje smanjenje energije negativne barijere zbog pozitivne privlačnosti elektrona u ovom području. To dovodi do povratnog toka elektrona u ogromnim količinama preko granice. Veličina ovih elektrona ovisi o veličini potencijala primijenjenog za odstupanje.
Razlika između normalnih i Schottky dioda
U usporedbi s normalnim diodama p-n spoja, barijerni spoj u Schottky diodama je niži, kako u prednjem, tako i u obrnutom području pristranosti.
To omogućava Schottky-jevim diodama da imaju znatno poboljšanu vodljivost struje za istu razinu potencijala pristranosti, kako u prednjem tako i u obrnutom području pristranosti. Čini se da je ovo dobra karakteristika u području prednjeg pristranosti, iako loše za područje obrnutog pristranosti.
Definicija općih karakteristika poluvodičke diode za prednja i reverzna područja pristranosti predstavljena je jednadžbom:
Ja D = Ja S (je kVd / Tk -1)
gdje je Is = reverzna struja zasićenja
k = 11.600 / η s η = 1 za germanijski materijal i η = 2 za silicijski materijal
Ista jednadžba opisuje eksponencijalni porast struje u Schottky diodama na sljedećoj slici, međutim faktor η određen je vrstom konstrukcije diode.
U regiji obrnutog pristranosti, struja Je uglavnom je posljedica onih metalnih elektrona koji putuju u poluvodički materijal.
Karakteristike temperature
Za Schottky diode jedan od primarnih aspekata koji se kontinuirano istražuje je kako minimizirati njegove značajne struje propuštanja pri visokim temperaturama preko 100 ° C.
To je dovelo do proizvodnje boljih i poboljšanih uređaja koji mogu učinkovito raditi čak i na ekstremnim temperaturama između - 65 do + 150 ° C.
U tipičnim sobnim temperaturama ovo propuštanje može biti u rasponu mikroampera za Schottky diode male snage i u rasponu miliampera za uređaje velike snage.
Međutim, ove su brojke veće u usporedbi s normalnim p-n diodama s istim specifikacijama snage. Također, PIV ocjena za Schottky diode može biti mnogo manje od naših tradicionalnih dioda.
Na primjer, normalno uređaj od 50 ampera može imati PIV jačinu od 50 V, dok to može biti do 150 V za normalnu diodu od 50 ampera. No, nedavna poboljšanja omogućila su Schottky diode s PIV nominalom preko 100 V na sličnim vrijednostima amperaže.
Iz gornjeg grafičkog prikaza postaje posve jasno da se Schottky diodama pripisuje gotovo idealan skup karakteristika, čak i bolji od kristalne diode (točkaste kontaktne diode). Pad naprijed točkaste kontaktne diode obično je niži od normalne diode p-n spoja.
VT ili pad napona Schottkyjeve diode u velikoj mjeri određen je metalom iznutra. Dogodi se da postoji kompromis između učinka temperature i razine VT. Ako se jedan od ovih parametara poveća, drugi također povećava pogoršanje razine učinkovitosti uređaja. Nadalje, VT također ovisi o trenutnom rasponu, niže dopuštene vrijednosti osiguravaju niže vrijednosti VT. Pad VT prema naprijed može se u osnovi smanjiti na nulu za zadane jedinice niske razine, u približnoj procjeni. Za srednja i viša područja struje, vrijednosti pada prema naprijed mogu biti oko 0,2 V, a čini se da je to dobra reprezentativna vrijednost.
Trenutno je raspoloživa Schottky dioda maksimalno podnošljivog trenutnog raspona oko 75 ampera, iako bi uskoro moglo biti i do 100 ampera.
Primjena Schottky diode
Glavno područje primjene Schottkyjevih dioda je u preklopnom napajanju ili SMPS-u, koji su namijenjeni radu s frekvencijama preko 20 kHz.
Tipično, Schottky dioda od 50 ampera na sobnoj temperaturi može imati naziv napona od 0,6 V i vrijeme oporavka od 10 ns, posebno dizajnirano za SMPS aplikaciju. S druge strane, obična dioda p-n spoja može pokazivati pad od 1,1 V i oporavak od oko 30 do 50 ns, pri istim trenutnim specifikacijama.
Možda ćete pronaći gornju razliku napona prema naprijed prilično malu, no ako pogledamo razinu rasipanja snage između njih dvije: P (vrući nosač) = 0,6 x 50 = 30 vata i P (pn) = 1,1 x 50 = 55 W, što je prilično mjerljiva razlika, koja može kritično naštetiti učinkovitosti SMPS-a.
Iako će u regiji obrnutog pristranosti disipacija u Schottky-jevoj diodi biti malo veća, ipak će neto-disipacija prednjeg i obrnutog pristranosti biti puno bolja od diode p-n spoja.
Obrnuto vrijeme oporavka
U običnoj p-n poluvodičkoj diodi, obrnuto vrijeme oporavka (trr) je veliko zbog ubrizganih manjinskih nosača.
U Schottky diodama zbog izuzetno niskih manjinskih nosača, obrnuto vrijeme oporavka je bitno malo. Zbog toga Schottky diode mogu raditi tako učinkovito čak i na frekvencijama od 20 GHz, što zahtijeva da se uređaji prebacuju na izuzetno brzoj brzini.
Za više frekvencije od ove još se uvijek koristi točkasta dioda ili kristalna dioda, zbog njihovog vrlo malog područja spoja ili područja spoja točke.
Ekvivalentni krug Schottkyjevih dioda
Sljedeća slika prikazuje ekvivalentni krug Schottky diode s tipičnim vrijednostima. Pridruženi simbol standardni je simbol uređaja.
Induktivitet Lp i kapacitivnost Cp vrijednosti su navedene u samom paketu, rB predstavlja serijski otpor koji se sastoji od kontaktnog otpora i skupnog otpora.
Vrijednosti otpora rd i kapacitivnosti Cj su prema izračunima razmatranim u prethodnim paragrafima.
Tablica specifikacija Schottky diode
Grafikon u nastavku pruža popis ispravljača s vrućim nosačima koje proizvodi Motorola Semiconductor Products, zajedno sa njihovim specifikacijama i detaljima pinouta.
Prethodno: Ispravljanje diode: poluval, puni val, PIV Dalje: Svjetlosni krug LED zapreka
