Все о диодах Шоттки – [ Подробная статья ]

Обновлена: 10 Октября 2022 5162 0

Поделиться с друзьями

Устройство получило свое название в честь Вальтера Шоттки, немецкого изобретателя и физика, открывшего квантовую зависимость, согласно которой внешнее электрическое поле принуждает покидать зону проводимости все свободные электроны. Впоследствии ученый был награжден медалью Хьюза за свою деятельность. Примечательно, что имея отношение к теоретической физике, данное открытие находит активное практическое применение. Содержание статьи Отличия от обычного диода Как устроен диод Шоттки Применение диодов Шоттки Как маркируется диод Шоттки и обозначается на схемах Диод Шоттки является представителем полупроводниковых элементов, обладающих барьером и отличающихся малым падением напряжения при прямом введении компонента в электрическую цепь (от 0,2 до 0,4 вольт). Благодаря простоте конструкции, оперативной возобновляемости заряда, неприхотливости и большому значению тока утечки, барьерный диод активно используется в современной радиоэлектронике. Отличия от обычного диода Данный компонент пропускает электрический ток в одном направлении и не пропускает его в другом, как и другие классические диоды, но обеспечивает высокое быстродействие и малое падение напряжения при переходе. Важнейшая особенность диода Шоттки – вместо привычного электронно-дырочного перехода применяется принцип контакта между металлическими и различными полупроводниковыми материалами, что положительно влияет на повышение рабочей частоты. Диффузная емкость и процесс рекомбинации не проявляются в области контакта, поскольку в так называемой переходной зоне отсутствуют неосновные носители заряда. Собственная емкость данного слоя при этом стремится к 0. Таким образом, данные изделия являются СВЧ-диодами различного назначения: импульсными; лавинно-пролетными; смесительными; детекторными; умножительными; параметрическими. Другая особенность заключается в том, что большая часть диодов Шоттки состоит из низковольтных и чувствительных к статическому напряжению моделей. Однако воспринимать это как категорический недостаток неверно, поскольку это дает возможность использовать данные средства для обработки радиосигналов малой мощности. Наконец, такие изделия отличаются большей стабильностью при подаче электрического тока, чем прочие аналоги, поскольку в их корпус внедрены кристаллические образования (кремниевая подложка). Как устроен диод Шоттки Структура элемента включает в себя несколько частей: эпитаксиальный слой; подложка; охранное кольцо; металлическая пленка; барьер; внешний контакт. Основа, как правило, изготавливается из кремния или арсенида галлия, но если требуется обеспечить схеме высокую устойчивость к изменению температурного режима, используется германий. В качестве материала для напыления применяется палладий, серебро, платина, вольфрам, алюминий или золото. Примечательно, что тыльная сторона полупроводника легируется сильнее. Уровень легирования и разновидность металла оказывают влияние на характеристики выпрямления. Принцип работы основан на особенностях барьера. В полупроводнике, в контактной области, образуется слой, значительно обедненный электронами, но обладающий вентильными свойствами. Таким образом, появляется барьер для носителей заряда. В зависимости от мощности существует несколько типов диодов Шоттки: малый; средний; высокий. Исходя из конструктивных особенностей, различают виды для поверхностного или объемного монтажа, а также модули и выпрямительные аналоги. Выбирая выпрямительные компоненты, следует обращать внимание на показатели тока и напряжения, а также материал конструкции и способ монтирования. Также различают 3 вариации диодных сборок: модели с общим анодом, элементы с удвоением и тремя выводами, а также разновидности, которые имеют вывод с общего катода. Для всех типов действует ограничение допустимого обратного напряжения, величиной 1200 вольт. Применение диодов Шоттки Компоненты активно эксплуатируются в составе разных приборов и оборудования: компьютерная техника и бытовая электроника; силовые высокочастотные выпрямители; солнечные батареи и приемники излучения; радиоаппаратура и телевизионное оборудование; усилители звука и МОП-транзисторы; стабилизаторы и БП. Изделия эксплуатируются везде, где требуется минимальное прямое падение напряжения. Популярность обусловлена преимуществами диодов Шоттки, которые позволяют восстанавливать обратное сопротивление электрического тока, стабилизировать напряжение, принимать на себя излучения, а также увеличить эффективность конечных приборов. Несмотря на преимущества, такие приборы обладают недостатками. Но их всего два: в случае повышения температуры фиксируется значительное возрастание обратного тока; пробой необратим в случаях кратковременного превышения критического напряжения. Существует три основные неисправности, которые могут произойти с диодами данного типа: обрыв, пробой и утечка (выявить сложнее всего). Диагностика осуществляется при помощи универсального тестера (мультиметр). Для получения точных результатов проверка потребует пайки и измерения обратного сопротивления. В случае использования типового тестера следует учитывать указанный показатель электрического тока. Как маркируется диод Шоттки и обозначается на схемах Зачастую диод Шоттки на схеме обозначается как обычный диод, а дополнительная информация о типе компонента указывается в спецификации. Как правило, маркировка диодов Шоттки представляет собой набор символов, нанесенных на корпус изделия согласно международным стандартам. В зависимости от страны производителя маркировки могут различаться. В любом случае расшифровать код можно при помощи радиотехнических справочников. В случае необходимости можно заменить стандартный диод можно аналогичным устройством с барьером – главное, чтобы совпадали параметры тока и напряжения. Но монтировать классическое изделие вместо барьерного аналога категорически не рекомендуется, поскольку из-за перегрева оно быстро выйдет из строя. Опытные радиотехники могут подобрать элемент с запасом по мощности, проанализировав всю схему. Была ли статья полезна? Да Нет Оцените статью Что вам не понравилось? Другие материалы по теме Анатолий Мельник Специалист в области радиоэлектроники и электронных компонентов. Консультант по подбору деталей в компании РадиоЭлемент.

Эталонная проверочная модель расчета полупроводникового диода Шоттки

Диоды Шоттки — одни из самых старых полупроводниковых элементов, которые до сих пор используются в современных устройствах, в том числе в компьютерах и радарах. Для полной уверенности в корректной работе диода Шоттки, инженерам необходимо учитывать при проектировании такие факторы, как плотность тока и высоту потенциального барьера. Приведенная ниже эталонная модель подтверждает, что программный пакет COMSOL Multiphysics® с модулем расширения Полупроводники хорошо подходит для решения таких задач.

Краткая история диода Шоттки

Принцип работы диода Шоттки был впервые продемонстрирован в 1874 году Карлом Фердинандом Брауном. Соединив металлический провод и галеновый кристалл (который играл роль полупроводника), Браун создал диод с точечным контактом, который превращал переменный ток в постоянный (т.е. выпрямлял ток). Это устройство было одним из первых экземпляров и концептов полупроводникового диода, но работа Брауна не привлекла особого внимания, т. к. в то время для нее не нашлось практических применений.

Изобретение радио создало спрос на полупроводниковые диоды, или, как их называли в то время, кристаллические детекторы. В 1901 году индийский профессор физики Джагадиш Чандра Бос показал, что диод чувствителен к радиоволнам. Пять лет спустя Гринлиф Уиттер Пиккард запатентовал кристаллический детектор «кошачий ус», который широко использовался в радиотехнике вплоть до 1920-х годов. Такой диод состоял из тонкого металлического провода (напоминаущего кошачий ус), который находился в контакте с кристаллом кремния. Подстраивая положение провода, можно было ловить радиосигнал и настраивать радиоприемник.

Детектор «кошачий ус», который использовался в кристаллическом радиоприемнике. Автор изображения — JA.Davidson, изображение доступно на Викискладе.

В 1930-х годах физик Вальтер Шоттки установил, что в точке соприкосновения металла и полупроводника возникает потенциальный барьер. Его работа привела к появлению диодов Шоттки — и дала им имя. Эти диоды также называют диодами с барьером Шоттки, диодами с горячими носителями или с горячими электронами. Как и другие диоды, они пропускают ток в одном направлении благодаря потенциальному барьеру, возникающему при контакте (прямое смещение), и не пропускают ток в обратном направлении (обратное смещение).

Применение и достоинства диодов Шоттки

По сравнению с другими современными типами диодов у диодов Шоттки есть несколько преимуществ . Например, их отличают высокая плотность тока и малое падение напряжения в прямом направлении, так что они потребляют мало энергии и выделяют меньше тепла. Таким образом, они эффективнее и компактнее других диодов, и их можно использовать с небольшими по размеру радиаторами. Помимо этого, диоды Шоттки быстро переключаются, быстро возвращаются в состояние готовности и отличаются малой емкостью. Эти свойства важны в таких прикладных задачах, как:

• Зарядка компьютеров и смартфонов
• Смесители частот для СВЧ-радаров
• Выпрямление мощности для приводов двигателей и светодиодов
• Защита транзисторов от насыщения
• Защита от разряда аккумулятора в фотоэлементах.

Во всех указанных приложениях инженеры смогут проводить проектирование диодов в специализированном пакете для расчета полупроводников и численно определять такие ключевые характеристики устройств как, например, плотность тока и напряжение. Давайте рассмотрим для примера эталонную проверочную модель.

Численное проектирование диода Шоттки

Эталонная проверочная модели «Контакт Шоттки» описывает поведение простого диода Шоттки при смещении в прямом направлении. В геометрии модели воспроизведена полупроводниковая пластина из кремния (внизу), на которую нанесен слой вольфрама (вверху). Обратите внимание, что для задания свойств кремния вы можете использовать настройки программного пакета COMSOL® по умолчанию.

Геометрия простейшего диода Шоттки.

При изучении диода важно правильно подобрать высоту потенциального барьера, создаваемого контактом Шоттки: от нее зависит, будет ли диод работать. Высота барьера зависит от структуры перехода «металл — полупроводник», и ее непросто определить. В этой модели используется идеальное значение для высоты потенциального барьера, рассчитанное на основе стандартных свойств кремния и работы выхода вольфрама (4,72 В), которое равно 0,67 В. Используя такой «идеальный» контакт Шоттки, мы упрощаем модель.

Так мы можем рассчитать ток, текущий через контакт между двумя материалами, не учитывая снижение барьера за счет снижения сил зеркального изображения, туннелирования, влияния диффузии и поверхностных состояний. Этот ток определяется в первую очередь термоэлектронным вкладом, зависимость которого от приложенного напряжения и плотности тока показана на графике ниже.

Сравнение расчетной модели (сплошная линия) и экспериментальных данных (круглые маркеры) о плотности тока в диоде Шоттки с прямым смещением.

Как вы видите, результаты эталонной проверочной модели хорошо согласуются с экспериментальными данными, показывая, что свойства контакта Шоттки можно точно моделировать в программном пакете COMSOL Multiphysics с помощью модуля расширения Полупроводники.

Дальнейшие шаги

Попробуйте сами промоделировать диоды Шоттки с помощью этого примера. Нажмите на кнопку ниже, чтобы перейти в Библиотеку моделей и приложений, в которой вы найдете пошаговые инструкции по сборке модели. Если у вас есть учетная запись COMSOL Access и действующая лицензия на программное обеспечение, вы можете загрузить MPH-файлы для этой модели.

Скачайте учебную модель

Узнайте подробнее о моделировании полупроводников в корпоративном блоге COMSOL:

• Оптимизация ионоселективного полевого транзистора (ИСПТ) посредством мультифизического моделирования
• Моделирование МОП-конденсатора с помощью модуля Полупроводники

принцип работы и сферы его применения, чем отличается

Содержание статьи

• Что такое диод Шоттки
• Конструкция
• Как устроен диод Шоттки
• Разновидности диодов Шоттки
• Условное обозначение и характеристики
• Основные характеристики диодов
• Диод Шоттки отличается от обычных кремниевых диодов
• Применение в электронике
• Отличия от обычного диода
• Обратное напряжение диода Шоттки
• Миниатюризация
• Металл и полупроводник: особенности контакта
• Падение напряжения на диоде Шоттки
• Диод Шоттки в ВЧ цепях
• Обратный ток утечки
• Низковольтные диоды
• Производство диодов Шоттки
• Плюсы и минусы
• Отличие от других полупроводников

Что такое диод Шоттки

От обычного диодного элемента он отличается маленьким падением напряжения. Помимо полупроводника, в составе имеет металл. Название – в честь немецкого физика Вальтера Шоттки, открывшего так называемый эффект Шоттки.

На заметку!

В качестве металла для стабилитрона Шоттки может быть карбид вольфрам, карбид кремния, палладий, платина, золото, арсенид галлия и другие.

Конструкция

Отличается диод Шоттки от обыкновенных диодов своей конструкцией, в которой используется металл-полупроводник, а не p-n переход. Понятно, что свойства здесь разные, а значит, и характеристики тоже должны отличаться.

Действительно, металл-полупроводник обладает такими параметрами:

• Имеет большое значение тока утечки,
• Невысокое падение напряжения на переходе при прямом включении,
• Восстанавливает заряд очень быстро, так как имеет низкое его значение.

Диод Шоттки изготавливается из таких материалов, как арсенид галлия, кремний, намного реже, но также может использоваться – германий. Выбор материала зависит от свойств, которые нужно получить, однако в любом случае максимальное обратное напряжение, на которое могут изготавливаться данные полупроводники, не выше 1200 вольт – это самые высоковольтные выпрямители. На практике же намного чаще их используют при более низком напряжении – 3, 5, 10 вольт.

Это означает сдвоенный элемент: два диода в одном корпусе с общим анодом или катодом, поэтому элемент имеет три вывода. В блоках питания используют такие конструкции с общим катодом, их удобно использовать в схемах выпрямителей. Часто на схемах рисуется маркировка обычного диода, но в описании указывается, что это Шоттки, поэтому нужно быть внимательными.

Диодные сборки с барьером Шоттки выпускаются трех типов:

1 тип – с общим катодом,

2 тип – с общим анодом,

3 тип – по схеме удвоения.

Такое соединение помогает увеличить надежность элемента: ведь находясь в одном корпусе, они имеют одинаковый температурный режим, что важно, если нужны мощные выпрямители, например, на 10 ампер.

Но есть и минусы. Все дело в том, что малое падение напряжения (0,2–0,4 в) у таких диодов проявляется на небольших напряжениях, как правило – 50–60 вольт. При более высоком значении они ведут себя как обычные диоды. Зато по току эта схема показывает очень хорошие результаты, ведь часто бывает необходимо – особенно в силовых цепях, модулях питания – чтобы рабочий ток полупроводников был не ниже 10а.

Еще один главный недостаток: для этих приборов нельзя превышать обратный ток даже на мгновение. Они тут же выходят из строя, в то время как кремниевые диоды, если не была превышена их температура, восстанавливают свои свойства.

Но положительного все-таки больше. Кроме низкого падения напряжения, диод Шоттки имеет низкое значение емкости перехода. Как известно: ниже емкость – выше частота. Такой диод нашел применение в импульсных блоках питания, выпрямителях и других схемах, с частотами в несколько сотен килогерц.

Вольтамперная характеристика светодиода (ВАХ)

ВАХ такого диода имеет несимметричный вид. Когда приложено прямое напряжение, видно, что ток растет по экспоненте, а при обратном – ток от напряжения не зависит.

Все это объясняется, если знать, что принцип работы этого полупроводника основан на движении основных носителей – электронов. По этой же самой причине эти приборы и являются такими быстродействующими: у них отсутствуют рекомбинационные процессы, свойственные приборам с p-n переходами. Для всех приборов, имеющих барьерную структуру, свойственна несимметричность ВАХ, ведь именно количеством носителей электрического заряда обусловлена зависимость тока от напряжения.

Как устроен диод Шоттки

Структура элемента включает в себя несколько частей:

• эпитаксиальный слой;
• подложка;
• охранное кольцо;
• металлическая пленка;
• барьер;
• внешний контакт.

Основа, как правило, изготавливается из кремния или арсенида галлия, но если требуется обеспечить схеме высокую устойчивость к изменению температурного режима, используется германий. В качестве материала для напыления применяется палладий, серебро, платина, вольфрам, алюминий или золото. Примечательно, что тыльная сторона полупроводника легируется сильнее. Уровень легирования и разновидность металла оказывают влияние на характеристики выпрямления.

Принцип работы основан на особенностях барьера. В полупроводнике, в контактной области, образуется слой, значительно обедненный электронами, но обладающий вентильными свойствами. Таким образом, появляется барьер для носителей заряда.

В зависимости от мощности существует несколько типов диодов Шоттки:

• малый;
• средний;
• высокий.

Исходя из конструктивных особенностей, различают виды для поверхностного или объемного монтажа, а также модули и выпрямительные аналоги. Выбирая выпрямительные компоненты, следует обращать внимание на показатели тока и напряжения, а также материал конструкции и способ монтирования. Также различают 3 вариации диодных сборок: модели с общим анодом, элементы с удвоением и тремя выводами, а также разновидности, которые имеют вывод с общего катода. Для всех типов действует ограничение допустимого обратного напряжения, величиной 1200 вольт.

Разновидности диодов Шоттки

Все полупроводниковые элементы, работающие по принципу барьера Шоттки, делятся по мощности на:

• высокой;
• средней;
• малой мощности.

Сдвоенный диод

На рисунке показан сдвоенный элемент, являющий собой по сути два элемента. Они расположены в едином корпусе, в одно целое соединены катодом или анодом. В этом случае чаще всего имеется три вывода диода. При идентичных параметрах собранных таким образом элементов обеспечивается надежность работы всего устройства, в первую очередь, за счет единой температуры.

Условное обозначение и характеристики

На схеме диод Шоттки имеет особое обозначение. Отличие от обычного состоит в том, что перекладина у треугольника имеет загнутые края. Не один, как у стабилитрона, а оба. И края эти загнуты в разные стороны. На рисунке приведено обозначение по ГОСТу.

Диод Шоттки на схеме: условное обозначение

Про характеристики уже говорили. Это три основных параметра:

• Падение напряжения при прямом переходе. Для диодов Шоттки оно ниже, чем у обычных кремневых. При мощности обратного пробоя до 100 В оно будет порядка 0,2-0,4 В (у кремниевых в среднем 0,6–07 В).
• Напряжение пробоя. Обычное значение — до 200 В, но есть и изделия с напряжением более 1000 вольт.
• 
  Параметры популярной серии диодов Шоттки 1N58**
• Обратный ток. В нормальных условиях (до 20 °C) он не слишком велик — порядка 0,05 мА, но при повышении температуры резко повышается.

Приведённые параметры — средние. Есть довольно серьёзный разбег и для каждого случая можно подобрать нужные характеристики по каждому из пунктов. Иногда ещё важен такой параметр, как скорость переключения (быстродействие).

Основные характеристики диодов

Для начала вспомним, что такое обычный диод и как он работает. Это полупроводниковый прибор, который стоит из двух зон. При определённых условиях через этот переход перемещаются электроны.

Устройство и обозначение диода

Основное свойство элемента — он пропускает ток в одном направлении, и не пропускает в другом. Диоды Шоттки имеет такие же характеристики, как и обычные. На некоторых заострим внимание поподробнее. Это падение напряжения, обратный ток, обратное напряжение, частота.

Диод Шоттки отличается от обычных кремниевых диодов

Диод Шоттки делают из кремния (Si), арсенида галлия (GaAs) и редко — на основе германия (Ge). Металл в соединении с полупроводником определяет многие параметры диода. Этим металлом, может быть, золото (Au), ралладий (Pd), платина (Pt), вольфрам (W) которые наносятся на полупроводники.

А также как и обычный диод соединение полупроводник-металл обладает односторонней проводимостью с рядом положительных, а также отрицательных качеств.

Вольт-амперная характеристика диода шоттки

Вольт-амперная характеристика диода Шоттки отличается от обычного полупроводникового большей нелинейностью.

Что дает использование соединения металл-полупроводник? Два положительных момента:

1. 1. Очень небольшое падение напряжения на прямом переходе — 0,2-0,4 В. Для кремниевого диода «среднее» значение этого параметра — 0,7 В.  Правда, малое падение напряжения имеют только приборы с небольшим напряжением пробоя — до 100 В. Для более мощных это падение только чуть ниже, чем у кремниевых.
   2. Высокое быстродействие. То есть, он быстро меняет своё состояние. Переход из открытого состояния в закрытое и обратно происходит за очень короткий промежуток времени и определяется только барьерной ёмкостью. Их применяют в системах коммутации, где важна скорость реакции.

Что такое диод Шоттки и как он обозначается на схеме

Есть у них и минусы. При повышении температуры у них значительно возрастает обратный ток.

Второй недостаток — при превышении максимально допустимого обратного напряжения происходит необратимый пробой. То есть, прибор выходит из строя. Есть и ещё один минус — малое падение прямого напряжения только у диодов Шоттки с малым напряжением пробоя (до сотни вольт). У вариантов с более высоким напряжением потери сравнимы с кремниевыми.

Применение в электронике

Такие свойства, как быстродействие и малое падение напряжения позволяет использовать диоды Шоттки в высокочастотных схемах. Например, в силовых высокочастотных выпрямителях (до сотен килогерц), где они работают как высокочастотные выпрямители. Применяют их и в усилителях звука, так как по сравнению с обычными диодами они дают меньший уровень помех.

Если вы посмотрите на плату источника питания, точно увидите диод Шоттки

Ещё одна область применения — составная часть более сложных полупроводниковых приборов. Например, МОП — транзисторы, диодные сборки и силовые диоды со встроенным диодом Шоттки имеют лучшие характеристики.

Сфера применения изделий велика, но наиболее часто их применяют в блоках питания компьютеров. А также в схемах для модуляции света в приёмниках излучения, солнечных батареях.

Отличия от обычного диода

Данный компонент пропускает электрический ток в одном направлении и не пропускает его в другом, как и другие классические диоды, но обеспечивает высокое быстродействие и малое падение напряжения при переходе.

Важнейшая особенность диода Шоттки – вместо привычного электронно-дырочного перехода применяется принцип контакта между металлическими и различными полупроводниковыми материалами, что положительно влияет на повышение рабочей частоты. Диффузная емкость и процесс рекомбинации не проявляются в области контакта, поскольку в так называемой переходной зоне отсутствуют неосновные носители заряда. Собственная емкость данного слоя при этом стремится к 0.

Таким образом, данные изделия являются СВЧ-диодами различного назначения:

• импульсными;
• лавинно-пролетными;
• смесительными;
• детекторными;
• умножительными;
• параметрическими.

Другая особенность заключается в том, что большая часть диодов Шоттки состоит из низковольтных и чувствительных к статическому напряжению моделей. Однако воспринимать это как категорический недостаток неверно, поскольку это дает возможность использовать данные средства для обработки радиосигналов малой мощности.

Наконец, такие изделия отличаются большей стабильностью при подаче электрического тока, чем прочие аналоги, поскольку в их корпус внедрены кристаллические образования (кремниевая подложка).

Обратное напряжение диода Шоттки

Итак, как вы помните, диод пропускает электрический ток только в одном направлении, а в другом направлении блокирует прохождение электрического тока до какого-то критического значения, называемым обратным напряжением диода.

Это значение можно найти в даташите

обратное напряжение диода

Для каждой марки диода оно разное

Если превысить это значение, то произойдет пробой, и диод выйдет из строя.

Миниатюризация

С развитием микроэлектроники стали широко применяться специальные микросхемы, однокристальные микропроцессоры. Все это не исключает использования навесных элементов. Однако если для этой цели использовать радиоэлементы обычных размеров, то это сведет на нет всю идею миниатюризации в целом. Поэтому были разработаны бескорпусные элементы – smd компоненты, которые в 10 и более раз меньше обычных деталей. ВАХ таких компонентов ничем не отличается от ВАХ обычных приборов, а их уменьшенные размеры позволяют использовать такие запчасти в различных микросборках.

Компоненты smd имеют несколько типоразмеров. Для ручной пайки подходят smd размера 1206. Они имеют размер 3,2 на 1,6 мм, что позволяет их впаивать самостоятельно. Другие элементы smd более миниатюрные, собираются на заводе специальным оборудованием, и самому, в домашних условиях, их паять невозможно.

Принцип работы smd компонента также не отличается от его большого аналога, и если, к примеру, рассматривать ВАХ диода, то она в одинаковой степени будет подходить для полупроводников любого размера. По току изготавливаются от 1 до 10 ампер. Маркировка на корпусе часто состоит из цифрового кода, расшифровка которого приводится в специальных таблицах. Протестировать на пригодность их можно тестером, как и большие аналоги.

Металл и полупроводник: особенности контакта

В контактной области полупроводниковых и металлических материалов эффект Шоттки приводит к образованию в полупроводнике слоя, сильно обеднённого электронами. Он обладает вентильными свойствами, присущими полупроводниковому p-n-переходу. Эта зона представляет собой преграду для носителей заряда, поэтому данные радиокомпоненты часто называют диодами с барьером Шоттки.

Элементы отличаются от обычных полупроводниковых вентилей следующими качествами:

1. пониженное падение напряжения при прямом смещении;
2. незначительная собственная ёмкость;
3. малый обратный ток;
4. низкое допустимое обратное напряжение.

При прямом смещении разность потенциалов на диоде Шоттки не превышает 0,5 В, тогда как на обычном выпрямительном вентиле падение напряжения составляет около 2-3 В. Это объясняется небольшим сопротивлением переходного участка между полупроводником и металлом. В таблице ниже представлены характеристики диодов Шоттки.

Хорошие частотные характеристики диодов Шоттки обусловлены отсутствием в переходной зоне неосновных носителей заряда. Из-за этого в контактной области не протекают обычные для чисто полупроводникового p-n-перехода процессы диффузии и рекомбинации дырок и электронов.

Следовательно, собственная ёмкость этого слоя стремится к нулю. Данное свойство делает диоды с барьером Шоттки предпочтительными для использования в высоко- и сверхвысокочастотных схемах, а также аппаратуре с импульсными режимами работы – всевозможных цифровых устройствах, системах управления электроникой и импульсных блоках питания.

Падение напряжения на диоде Шоттки

Если же подать прямой ток на диод, то на диоде будет “оседать” напряжение. Это падение напряжения называется прямым падением напряжения на диоде. В даташитах обозначается как Vf , то есть Voltage drop.

прямое падение напряжения на диоде

Если пропустить через такой диод прямой ток, то мощность, которая будет на нем рассеиваться, будет определяться формулой:

где

P – мощность, Вт

Vf – прямое падение напряжение на диоде, В

I – сила тока через диод, А

Поэтому, одним из главных преимуществ диода Шоттки является то, что его прямое падение напряжения намного меньше, чем у простого диода. Следовательно, он будет меньше рассеивать тепло, или простым языком, меньше нагреваться.

Давайте рассмотрим один из примеров. Возьмем диод 1N4007. Его прямое падение напряжения составляет 0,83 Вольт, что типично для простого полупроводникового диода.

падение напряжение на диоде в прямом включении

В настоящий момент через него проходит сила тока, равная 0,5 А. Давайте рассчитаем его рассеиваемую мощность в данный момент. P=0,83 x 0,5 = 0,415 Вт.

Если рассмотреть этот случай через тепловизор, то можно увидеть, что его температура корпуса составила 54,4 градуса по Цельсию.

Теперь давайте проведем тот же самый эксперимент с диодом Шоттки 1N5817. Как вы видите, его прямое падение напряжения составило примерно 0,35 В.

падение напряжения на диоде Шоттки при прямом включении

При прохождении силы тока через диод Шоттки в 0,5 А, мы получим рассеиваемую мощность P=0,5 x 0,35 = 0,175 Вт. При этом тепловизор нам покажет, что температура корпуса уже будет 38,2 градуса.

Следовательно, Шоттки намного эффективнее, чем простой полупроводниковый диод в плане пропускания через себя прямого тока, так как он обладает меньшим падением напряжения, а следовательно, меньше рассеивает тепло в окружающее пространство и меньше нагревается.

Прямое падение напряжения можно также посмотреть и в даташитах. Например, прямое падение напряжения на диоде Шоттки 1N5817 можно найти из графика зависимости прямого тока от падения напряжения на диоде Шоттки

график зависимости прямого тока от напряжения

В нашем случае если следовать графо-аналитическому способу, то мы как раз получаем значение 0,35 В

Диод Шоттки в ВЧ цепях

Также диоды Шоттки обладают быстрой скоростью переключения. Это значит, что мы можем использовать их в высокочастотных (ВЧ) цепях.

Итак, возьмем генератор частоты и выставим синус частотой в 60 Гц

Возьмем диод 1N4007 и диод Шоттки 1N5817. Подключим их по простой схеме однополупериодного выпрямителя

 и будем снимать с них показания

Как вы видите, оба они прекрасно справляются со своей задачей по выпрямлению сигнала на частоте в 60 Гц.

Но что будет, если мы увеличим частоту до 300 кГц?

Ого! Диод Шоттки более-менее справляется со своей задачей, что нельзя сказать о простом диоде 1N4007. Простой диод не может справиться со своей задачей не пропускать обратный ток, поэтому на осциллограмме мы видим отрицательный выброс

Отсюда можно сделать вывод: диоды Шоттки рекомендуется использовать в ВЧ цепях.

Обратный ток утечки

Но раз уж диоды Шоттки такие крутые, то почему бы их не использовать везде? Почему мы до сих пор используем простые диоды?

Если мы подключим диод в обратном направлении, то он будет блокировать прохождение электрического тока. Это верно, но не совсем. Очень маленький ток все равно будет проходить через диод. В некоторых случаях это не принимают во внимание. Этот маленький ток называется обратным током утечки. На английский манер это звучит как reverse leakage current.

Он очень мал, но имеет место быть.

Проведем простой опыт. Возьмем лабораторный блок питания, выставим на нем 19 В и подадим это напряжение на диод в обратном направлении

Замеряем ток утечки

обратный ток утечки диода

Как вы видите, его значение составляет 0,1 мкА.

Давайте теперь повторим этот же самый опыт с диодом Шоттки

обратный ток утечки диода Шоттки

Ого, уже почти 20 мкА! Ну да, в некоторых случаях это сущие копейки и ими можно пренебречь. Но есть схемы, где все-таки недопустим такой незначительный ток. Например, в схемах пикового детектора

схема пик детектора

В этом случае эти 20 мкА будут весьма значительны.

Но есть также еще один камень преткновения. С увеличением температуры обратный ток утечки возрастает в разы!

зависимость обратного тока утечки от температуры корпуса диода Шоттки

Поэтому, вы не можете использовать Шоттки везде в схемах.

Но и это еще не все. Обратное напряжение для диодов Шоттки в разы меньше, чем для простых выпрямительных диодов. Это можно также увидеть из даташита. Если для диода 1N4007 обратное напряжение составляет 1000 В

То для диода Шоттки 1N5817 это обратное напряжение уже будет составлять всего-то 20 В

Поэтому, если это напряжение превысит значение, которое описано в даташите, мы в итоге получим:

Низковольтные диоды

Особенность диодов Шоттки состоит в том, что они являются низковольтными. Если приложенная разность потенциалов превышает некоторый допустимый уровень, то в соответствии с квантовыми законами происходит пробой, который в обычном полупроводниковом радиокомпоненте может быть туннельным, лавинным или тепловым. После первых двух диод восстанавливается и продолжает исправно работать. Тепловой пробой означает фатальную поломку.

Мост из диодов Шоттки

Однако чувствительность этих радиокомпонентов не всегда является их недостатком. Например, благодаря этой характеристике диоды с барьером Шоттки используются в особо чувствительных гетеродинах, которые получают способность обрабатывать радиосигналы очень малой мощности.

Основные параметры:

1. Максимальное постоянное обратное напряжение;
2. Максимальное импульсное обратное напряжение;
3. Максимальный (средний) прямой ток;
4. Максимальный импульсный прямой ток;
5. Постоянное прямое напряжение на диоде при заданном прямом токе через него;
6. Обратный ток диода при предельном обратном напряжении;
7. Максимальная рабочая частота диода;
8. Время обратного восстановления;
9. Общая емкость диода.

В диодах с барьером Шоттки пробой всегда бывает только тепловым. Такова особенность металло-полупроводникового перехода. При большом обратном смещении элемент выходит из строя и нуждается в замене. Этим, кстати, объясняется сильная чувствительность диодов Шоттки к статическому электричеству – при их монтаже и обслуживании радиоаппаратуры с этими элементами необходимо заземлять спецодежду и инструменты.

Диод Шоттки на электросхеме

Производство диодов Шоттки

В качестве полупроводниковой составляющей используются стандартные материалы – кремний, германий и арсенид галлия. На них в процессе изготовления радиокомпонентов напыляются такие металлы, как золото, серебро, палладий, вольфрам. Именно эти элементы таблицы Менделеева обеспечивают достаточно высокий потенциальный барьер, определяющий функциональность диодов Шоттки. Германиевые радиокомпоненты показывают высокую устойчивость к изменению температурного режима, поэтому данный материал чаще кремния и арсенида галлия используется при производстве диодов для мощных схем питания. Зато кремниевые и галлиевые элементы демонстрируют лучшие частотные параметры.

Плюсы и минусы

При работе с устройствами, включающими в себя диод Шоттки, следует учитывать их положительные и отрицательные стороны. Если подключить его в качестве элемента электрической цепи, он будет прекрасно удерживать ток, не допуская его больших потерь.

К тому же, металлический барьер обладает минимальной емкостью. Это значительно увеличивает износостойкость и срок службы самого диода. Падение напряжения при его использовании минимально, а действие происходит очень быстро — стоит только провести подключение.

Однако большой процент обратного тока является очевидным недостатком. Поскольку многие электроприборы обладают высокой чувствительностью, нередки случаи, когда небольшое превышение показателя, всего лишь на пару А, способно надолго вывести прибор из строя. Также, при небрежной проверке напряжения полупроводника, может произойти утечка самого диода.

Отличие от других полупроводников

Достоинство такого стабилитрона в том, что потери напряжения на нем ниже – всего 0,2 – 0, 4 вольта, тогда как, например, у обычных полупроводниковых элементов с кремнием – 0,6–0,7 вольта.

Кроме этого они отличаются более стабильной работой при подаче тока. Внутрь корпуса помещаются специальные кристаллы. Это очень тонкая работа, которую выполняют только запрограммированные роботы.

Наглядно, как отличить стабилитрон Шоттки от остальных с помощью мультиметра:

Источники

• https://LampaSveta.com/svetodiody/diod-shottki
• https://electricvdele.ru/elektrooborudovanie/komponenty/diod-shottki.html
• https://www.RadioElementy.ru/articles/diody-shottki-chto-eto-takoe-chem-otlichaetsya-kak-rabotaet/
• https://principraboty.ru/princip-raboty-dioda-shottki-chto-tako-diod-shottki/
• https://elektroznatok.ru/info/elektronika/diod-s-barerom-shottki
• https://www.RusElectronic.com/schottky-diode/
• https://ElectroInfo.net/poluprovodniki/kak-rabotaet-diod-s-barerom-shottki.html
• https://batteryk.com/diod-shottki-printsip-raboty

[свернуть]

Янв 25, 2021HowElektrik

Диоды Шоттки — работа, конструкция и применение

Диод представляет собой двухконтактное устройство, которое действует как односторонний переключатель. Диод Шоттки представляет собой диод металл-полупроводник, известный очень низким прямым напряжением, в котором металл образует анод, а полупроводник n-типа действует как катод.

Диод назван в честь немецкого физика Вальтера Х. Шоттки. Его также называют диодом с барьером Шоттки, диодом с поверхностным барьером, низковольтным диодом, диодом с горячими электронами, диодом с основными носителями и диодом с горячими носителями. Наиболее поразительной особенностью диода Шоттки является его низкое прямое напряжение в диапазоне от 150 мВ до 450 мВ. Низкое прямое напряжение делает диод Шоттки очень быстродействующим переключающим устройством.

Примеры диода Шоттки

Конструкция диода Шоттки
Диод Шоттки строится путем соединения металлического электрода со слабо легированным полупроводником n-типа. Из-за перехода металл-полупроводник диод Шоттки не имеет области обеднения. Материал n-типа должен быть слегка легирован; в противном случае устройство не сможет работать как выпрямитель. В диоде Шоттки ток течет за счет основных носителей заряда, то есть электронов при прямом смещении. При обратном смещении проведение обратного тока насыщения сразу прекращается, так как в конструкции диода Шоттки отсутствуют неосновные носители заряда, т.е. дырки.

Самая простая конструкция диода Шоттки представляет собой точечный контакт между металлической проволокой и слегка легированным полупроводниковым материалом n-типа. Этот тип конструкции прост, но не очень надежен. Другой распространенный метод производства — использование вакуума для осаждения металла на полупроводниковый материал n-типа. Во-первых, поверхность полупроводника защищена оксидным кольцом. Затем металл наносится на поверхность полупроводника с помощью вакуумной техники. Оксидное кольцо предотвращает отрыв поверхности металла от полупроводника за счет электрических полей, возникающих в условиях обратного смещения. Наиболее распространенным металлом, используемым в конструкции диодов Шоттки, является силицид. Известно, что силицид имеет очень низкое омическое сопротивление, что делает его наиболее предпочтительным металлом для диодов Шоттки. Другими металлами, которые могут быть использованы при изготовлении диода Шоттки, являются алюминий и платина. Выбор металла и уровень легирования материала n-типа играют важную роль в определении прямого напряжения диода.

Конструкция диода Шоттки

Условное обозначение диода Шоттки
Диод Шоттки представляет собой металл-полупроводниковый диод. Он представлен следующим символом цепи.

Обозначение цепи диода Шоттки

VI характеристики диода Шоттки
Вольт-амперные характеристики диода Шоттки показаны на графике ниже.

График, показывающий характеристики VI диода Шоттки по сравнению с диодом PN и диодом с точечным контактом.

В прямом направлении вы можете заметить, что напряжение колена диода Шоттки меньше, чем у типичного диода с PN-переходом. Прямое напряжение типичного диода с PN-переходом находится в диапазоне от 300 мВ до 900 мВ. В случае диода Шоттки прямое напряжение находится в диапазоне от 150 мВ до 450 мВ. Германиевый диод имеет прямое напряжение 300 мВ, но он все же не такой быстродействующий, как диод Шоттки. Во-вторых, вольтамперная кривая диода с PN-переходом нелинейна, демонстрируя экспоненциальный рост тока за пределами напряжения колена. Из-за перехода металл-полупроводник в диоде Шоттки кривая ВАХ в области прямого смещения несколько линейна. Если кривая VI диода Шоттки становится почти линейной, то вместо этого он считается омическим контактом металл-полупроводник.

В области обратного смещения видно, что диод Шоттки проводит гораздо больший обратный ток насыщения. Обратный ток в диоде Шоттки возникает не из-за неосновных носителей заряда; вместо этого он только способствует электронному току. Опять же, можно заметить, что обратное напряжение пробоя диода Шоттки меньше, чем у диода с PN-переходом.

Работа диода Шоттки
Диод Шоттки представляет собой переход металл-полупроводник. Переход металл-полупроводник считается диодом Шоттки, если он обладает выпрямляющими свойствами. Такой переход образуется только при слабом легировании материала n-типа. Переход, образованный сильнолегированным полупроводником n-типа, не имеет функции выпрямления и служит омическим контактом благодаря линейной ВАХ. Хотя переход металл-полупроводник практически не имеет четко выраженной области обеднения, он все же имеет потенциальный барьер для большинства носителей заряда в точке перехода. Это называется барьером Шоттки. Важна высота барьера Шоттки. Переход металл-полупроводник осуществляет выпрямление только при достаточной высоте барьера Шоттки. Высокий барьер Шоттки делает вольтамперный выход нелинейным.

Работа выхода, т. е. энергия, необходимая для освобождения электрона от иона, полупроводника n-типа и металла различна. Электроны в полупроводниках n-типа обладают большей потенциальной энергией, чем свободные электроны в металле. Разница в работе выхода металла и полупроводника равна высоте барьера Шоттки, препятствующего любому движению электронов из полупроводника в металл. Поскольку в диоде Шоттки нет полупроводника P-типа, дырки не являются основными носителями заряда.

В несмещенных условиях, когда металл и полупроводник соединены, электроны в полупроводниках n-типа перемещаются из материала n-типа в сторону металла, так как они имеют более высокую потенциальную энергию. Они оставляют после себя положительные ионы на полупроводниковой стороне перехода. В металле уже много свободных электронов. Электроны, проходящие через материал n-типа, создают отрицательные ионы на металлической стороне соединения. Это создает потенциальный барьер на переходе металл-полупроводник, называемый барьером Шоттки. Поскольку в металле уже есть много свободных электронов, влияние этого потенциального барьера проявляется только на полупроводниковой стороне. Барьер препятствует дальнейшему движению электронов из материала n-типа в сторону металла. Перенос электронов также изгибает энергетические уровни на стыке.

Когда металлическая сторона (анод) подключена к положительной клемме, а полупроводниковая сторона (катод) подключена к отрицательной стороне батареи или источника напряжения, диод смещен в прямом направлении. Прямое напряжение увеличивает кинетическую энергию электронов в материале n-типа. Однако эти электроны не могут перейти на сторону металла, пока не наберут достаточно кинетической энергии для преодоления барьера Шоттки. Когда прямое напряжение увеличивается и электроны в материале n-типа получают кинетическую энергию выше, чем барьер Шоттки, барьер уменьшается. Ток через диод начинает расти экспоненциально. Поскольку барьер Шоттки крошечный по сравнению с потенциальным барьером в типичном диоде с PN-переходом, ток начинает расти экспоненциально, как только прямое напряжение увеличивается на 150–300 мВ.

Когда металлическая сторона (анод) подключена к отрицательной клемме, а полупроводниковая сторона (катод) подключена к положительной стороне батареи или источника напряжения, диод смещен в обратном направлении. Обратное напряжение смещения увеличивает барьер Шоттки, и через переход металл-полупроводник может пройти небольшое количество электронов. Небольшой ток протекает через диод из-за свободных электронов на металлической стороне. На металлической стороне много свободных электронов; обратный ток через диод Шоттки выше, чем в обычном диоде с PN-переходом. При увеличении обратного напряжения диод Шоттки также испытывает лавинный пробой, аналогичный диоду с PN-переходом. Поскольку количество свободных электронов выше на металлической стороне, пробой достигается при меньшем обратном напряжении, чем у типичного диода с PN-переходом.

Следует отметить, что диод Шоттки является униполярным устройством, а диод с PN-переходом — биполярным устройством. Ток течет через диод Шоттки только за счет электронов. В то время как в диоде с PN-переходом ток через диод протекает за счет электронов и дырок. Дырки полностью отсутствуют в диоде Шоттки.

Характеристики диода Шоттки
Следующие характеристики следует указывать в техническом описании любого диода Шоттки.

1. Прямое напряжение : Это прямое напряжение смещения, при котором ток через диод начинает расти экспоненциально. Обычно это значение составляет от 150 мВ до 450 мВ для всех диодов Шоттки.
2. Емкость : Это емкость диода, показанная Шоттки. Он находится в диапазоне пикофарад. В эквивалентной модели диода Шоттки конденсатор необходимо заменить конденсатором с таким же значением емкости.
3. Обратный ток утечки : Это типичное значение обратного тока при приложении обратного напряжения. Он указан для данной температуры. Обратный ток утечки увеличивается с повышением температуры.
4. Обратное напряжение пробоя : Пиковое обратное напряжение, при котором происходит пробой диода Шоттки при обратном смещении.
5. Время обратного восстановления : Время переключения, необходимое диоду Шоттки для перехода между состояниями ВКЛ и ВЫКЛ. Обычно это пикосекунды или наносекунды.
6. Рабочая температура : Рабочая температура, которую может выдержать переход металл-полупроводник.

Диод Шоттки и диод с PN-переходом
Диод Шоттки — это униполярное устройство, ток в котором полностью определяется электронами. Многие отличия отличают диод Шоттки от типичного диода с PN-переходом (слабосигнальные или выпрямительные диоды). Диод Шоттки построен путем соединения металла с полупроводником n-типа, а диод с PN-переходом построен путем соединения полупроводников P-типа и N-типа. Диод с PN-переходом представляет собой биполярное устройство, в котором ток течет за счет электронов и дырок. Прямое напряжение колена диода Шоттки намного меньше, чем у диода с PN-переходом, и его время обратного восстановления и потери обратного восстановления также короче. Это делает диод Шоттки высокоскоростным коммутационным устройством по сравнению с типичным диодом с PN-переходом. Вот почему диод, используемый в конструкциях логических схем, обычно является диодом Шоттки.

Преимущества диода Шоттки
Диод Шоттки имеет много преимуществ по сравнению с диодом с PN-переходом. У него очень низкое напряжение включения. Напряжение включения типичного диода с PN-переходом составляет 300–900 мВ, в то время как напряжение включения диода Шоттки составляет всего 150–300 мВ. Диод Шоттки практически не имеет области обеднения, поэтому он обеспечивает высокий выходной ток даже при приложении слабого сигнального напряжения. Емкость его перехода также меньше по той же причине. Поскольку ток сразу возрастает при приложении небольшого напряжения, тепловыделение или потери энергии в диоде Шоттки очень малы. Диод Шоттки имеет минимальное время обратного восстановления из-за отсутствия какой-либо области обеднения. Поскольку диод Шоттки имеет значительный выходной ток даже при небольшом напряжении смещения, он сравнительно бесшумный. Плюсы диода Шоттки делают его предпочтительным выбором для слаботочных и высокочастотных приложений.

Недостатки диода Шоттки
Основным недостатком диодов Шоттки является их большой обратный ток утечки. Они также выходят из строя при более низком обратном напряжении по сравнению с типичными полупроводниковыми диодами. Вот почему диоды Шоттки подходят только для слабосигнальных и высокочастотных цепей.

Области применения диода Шоттки
Ниже приведены некоторые известные области применения диода Шоттки.

Выпрямители общего назначения: Быстрое переключение диодов Шоттки делает их подходящим выпрямителем сигналов. Диоды Шоттки имеют высокую плотность тока и низкое прямое падение напряжения. Это сводит к минимуму потери энергии в цепи выпрямления. Диоды Шоттки рассеивают меньше тепла, поэтому для них требуются радиаторы меньшего размера. Это снижает общую стоимость и размер схемы выпрямителя.

Солнечные элементы: диоды Шоттки полезны для защиты солнечных элементов от обратного напряжения. Низкое прямое падение в диодах Шоттки делает их энергоэффективными в цепи солнечной энергии.

Ограничение: диоды Шоттки используются в качестве переключающих диодов в транзисторных схемах ограничения. Для фиксации диод Шоттки подключается между коллектором и базой транзистора драйвера. При включении диод Шоттки дает большой ток при низком напряжении смещения. Опять же, поскольку время обратного восстановления намного меньше, время переключения транзистора значительно улучшается. Диоды Шоттки использовались в качестве фиксирующих диодов в ИС логических схем. Эти ИС имеют LS или S, включенные в их кодовые названия схем, такие как 74LS или 74S.

Цепи питания ИЛИ и SMPS: поскольку диоды Шоттки имеют очень низкое прямое напряжение, они полезны в цепях, где два разных источника питания питают нагрузку, например, от сети и батареи. Вот почему диоды Шоттки часто используются в схемах импульсных источников питания и инверторов.

ВЧ-микширование и детектирование. Высокая плотность тока, высокая скорость переключения, низкая емкость перехода и низкое прямое напряжение делают диоды Шоттки идеальными для слаботочных высокочастотных приложений. Диоды Шоттки часто используются в диодных кольцевых смесителях и детекторах радиочастотных сигналов.

Видно, что диоды Шоттки подходят как для приложений с низким уровнем сигнала, так и для приложений с высокой мощностью. Особенность диодов Шоттки в том, что они лучше всего подходят для противоположных крайностей электронных приложений.

Примеры диодов Шоттки
Сотни моделей диодов Шоттки доступны от нескольких производителей. Некоторые известные примеры диодов Шоттки включают 1N5822, FR107, 1N4148W, 1N5711, FR207, BAT42, 1N5828 и 1N6263.

 

---

Рубрики: Избранное, Учебники, Что такое
С тегами: типы диодов, диод Шоттки, диоды Шоттки
 

---

Что такое диоды с барьером Шоттки (SBD)? | Полупроводник

Структура диодов с барьером Шоттки

В диоде используется не p-n переход, а переход с типом металла на одной стороне и полупроводником n-типа на другой. Такой тип соединения называется соединением Шоттки.
Диоды с барьером Шоттки имеют чрезвычайно низкое напряжение V _F и чрезвычайно высокую скорость, поскольку в них не используются отверстия. Эту точку можно было бы назвать идеальной, но обратный ток I _R имеет большие размеры, что делает его непригодным в качестве элемента, способного выдерживать высокое напряжение.

Прямое смещение

Обратное смещение

1.

V _F очень маленький ◎

V _F чрезвычайно мал по сравнению с диодом с p-n переходом, обеспечивая высокий КПД при малых прямых потерях.

2.Чрезвычайно быстродействующий ◎

Имеется высокоскоростное переключение без трр, т.к. нет дырочных носителей.

3. Обратный ток большой △

Обратные потери больше, чем у p-n диода, потому что обратный ток I _R большой.
Обратный ток зависит от типа металлического барьера. SBD можно разделить на различные типы в зависимости от типа используемого барьерного металла.

Различия статических характеристик между типами диодов

Самым большим преимуществом SBD является его небольшой V _Ф .
Однако диод I _R имеет большие размеры и поэтому не подходит для использования в качестве диода, способного выдерживать высокое напряжение.

Выбор и использование диодов с барьером Шоттки

• Компромисс между V _F и I _R

В свое время было много диодов, ориентированных на низкое V _F . Возникла проблема с тепловым разгоном (как описано ниже) из-за большого обратного тока, что положило начало тенденции отказа от использования SBD в зависимости от типа отрасли.
В последнее время используются более низкие типы I _R , которые обеспечивают большую стабильность даже в условиях высокой температуры.

Прямая потеря на SBD

Когда ток I _F протекает в прямом направлении через диод, происходит падение напряжения V _F , что приводит к потере мощности.
Как показано на рисунке, V _F имеет отрицательную температурную характеристику, что снижает прямые потери по мере повышения температуры. В _F продолжает уменьшаться практически линейно относительно температуры.

• Пример форвардных характеристик на SBD

Обратные потери на SBD

Когда напряжение V _R подается в обратном направлении на диод, возникает обратный ток I _R , что приводит к потере мощности.
Как показано на рисунке, V _F имеет положительные температурные характеристики, увеличивая обратные потери по мере повышения температуры. I _R продолжает расти экспоненциально по отношению к температуре.
Это не проблема для p-n-диода, потому что I _R очень мал. Однако при выборе SBD следует соблюдать осторожность, поскольку нельзя игнорировать IR на SBD.

• Пример характеристики обратного направления на SBD

Взаимосвязь между температурой и потерями на SBD

Прямые потери уменьшаются линейно по мере повышения температуры, а обратные потери увеличиваются экспоненциально.

Температура меняется в зависимости от условий работы контура. Однако необходимо спроектировать теплоотвод так, чтобы не происходило теплового разгона, поскольку при определенной температуре потери меняются на возрастающие. Если происходит тепловой разгон, температура продолжает повышаться и в конечном итоге разрушается или останавливается.

Термический разгон?

• Когда рассеивание тепла более чем достаточное, внутреннее тепло, вызванное потерями в элементе, рассеивается в достаточной степени.

• Когда рассеяние тепла ограничено, внутреннее тепло, вызванное потерями в элементе, пропорционально.

• Когда рассеяние тепла ограничено, это ограничение делает невозможным рассеяние большого внутреннего тепла, вызванного потерями в элементе.

Что следует учитывать для предотвращения теплового разгона

1. Тепловой разгон происходит даже в пределах гарантированного диапазона температур SBD.
2. Даже в случае теплового разгона SBD не обязательно выйдет из строя.
3. Температура, вызывающая тепловой разгон, изменяется в зависимости от условий эксплуатации.
4. Температура, вызывающая тепловой разгон, также зависит от условий отвода тепла.
5. Тепловой разгон легко происходит, потому что чем ниже V _F , тем больше становится I _R на SBD.

Склонность к тепловому разгону по типу SBD

При импульсном источнике питания

Low V

_F тип

Низкие потери при нормальной температуре, однако существует большой риск теплового разгона при высокой температуре.

Низкий I

_R тип

При нормальной температуре наблюдаются большие потери, но риск теплового разгона незначителен.

Типы со сверхнизким V _F могут иметь тепловой разгон даже при Tj = 70°C. С другой стороны, типы со сверхнизким значением I _R могут быть не подвержены тепловому разгону даже при Tj = 150°C.

Выбор и использование в соответствии с приложением

• Применение, в котором обратное напряжение обычно не возникает, например, для предотвращения обратного соединения или соединения по схеме ИЛИ
  ->Сверхнизкое напряжение В _F , низкое напряжение _F тип
• Применение, где обычно возникает обратное напряжение, например, импульсный источник питания
  ->Стандартный тип, низкий I _R тип
• Применение, предполагающее использование, в частности, в условиях высоких температур, например, использование на транспортных средствах
  ->Сверхнизкий I _R тип

Диод Шоттки — что это такое? — Франчайзинговый дистрибьютор электронных компонентов — Военный сертифицированный производитель

Диод Шоттки (названный в честь немецкого физика Вальтера Х. Шоттки), также известный как Диод с барьером Шоттки или Диод с горячим носителем , представляет собой полупроводниковый диод, образованный соединением полупроводника с металлом. Он имеет низкое прямое падение напряжения и очень быстрое переключение. Детекторы кошачьих усов, использовавшиеся на заре беспроводных сетей, и металлические выпрямители, использовавшиеся в первых силовых приложениях, можно считать примитивными диодами Шоттки.

Когда приложено достаточное прямое напряжение, ток течет в прямом направлении. Типичное прямое напряжение кремниевого диода составляет 600–700 мВ, а прямое напряжение Шоттки составляет 150–450 мВ. Это более низкое требование к прямому напряжению обеспечивает более высокие скорости переключения и лучшую эффективность системы.

Между металлом и полупроводником образуется переход металл-полупроводник, создающий барьер Шоттки (вместо перехода полупроводник-полупроводник, как в обычных диодах). Типичными используемыми металлами являются молибден, платина, хром или вольфрам, а также некоторые силициды (например, силицид палладия и силицид платины), тогда как полупроводником обычно является кремний n-типа. Металлическая сторона действует как анод, а полупроводник n-типа действует как катод диода; это означает, что обычный ток может течь от металлической стороны к полупроводниковой, но не в противоположном направлении. Этот барьер Шоттки обеспечивает как очень быстрое переключение, так и низкое прямое падение напряжения.

Выбор комбинации металла и полупроводника определяет прямое напряжение диода. Барьеры Шоттки могут образовываться как в полупроводниках n-, так и в p-типа. Однако p-тип обычно имеет гораздо более низкое прямое напряжение. Поскольку обратный ток утечки резко возрастает при снижении прямого напряжения, он не может быть слишком низким, поэтому обычно используемый диапазон составляет около 0,5–0,7 В, а полупроводники р-типа используются редко. Силицид титана и другие тугоплавкие силициды, которые способны выдерживать температуры, необходимые для отжига истока/стока в процессах КМОП, обычно имеют слишком низкое прямое напряжение, чтобы их можно было использовать, поэтому процессы, использующие эти силициды, обычно не предлагают диоды Шоттки. нужно]

При повышенном легировании полупроводника ширина обедненной области уменьшается. Ниже определенной ширины носители заряда могут туннелировать через обедненную область. При очень высоких уровнях легирования переход больше не ведет себя как выпрямитель и становится омическим контактом. Это можно использовать для одновременного формирования омических контактов и диодов, так как между силицидом и слаболегированной областью n-типа будет образовываться диод, а между силицидом и сильнолегированной областью n- или p-типа — омический контакт. . Слабо легированные области p-типа создают проблему, так как результирующий контакт имеет слишком высокое сопротивление для хорошего омического контакта, но слишком низкое прямое напряжение и слишком большое обратное рассеяние для создания хорошего диода.

Поскольку края контакта Шоттки довольно острые, вокруг них возникает высокий градиент электрического поля, который ограничивает порог обратного напряжения пробоя. Используются различные стратегии, от защитных колец до перекрытий металлизации для распределения градиента поля. Защитные кольца занимают полезную площадь кристалла и используются в основном для больших высоковольтных диодов, в то время как перекрывающаяся металлизация используется в основном для меньших низковольтных диодов.

Диоды Шоттки часто используются в качестве ограничителей антинасыщения в транзисторах Шоттки. Диоды Шоттки, изготовленные из силицида палладия (PdSi) [требуется уточнение], превосходны благодаря более низкому прямому напряжению (которое должно быть ниже, чем прямое напряжение перехода база-коллектор). Температурный коэффициент Шоттки ниже коэффициента перехода B–C, что ограничивает использование PdSi при более высоких температурах.

Для мощных диодов Шоттки важными становятся паразитные сопротивления скрытого слоя n+ и эпитаксиального слоя n-типа. Сопротивление эпитаксиального слоя важнее, чем для транзистора, так как ток должен проходить через всю его толщину. Однако он служит распределенным балластным сопротивлением по всей площади перехода и в обычных условиях предотвращает локальный тепловой разгон.

По сравнению с мощными p–n-диодами диоды Шоттки менее прочны. Переход представляет собой непосредственный контакт с термочувствительной металлизацией, поэтому диод Шоттки может рассеивать меньшую мощность, чем эквивалентный p-n аналог с глубоким переходом до выхода из строя (особенно при обратном пробое). Относительное преимущество более низкого прямого напряжения диодов Шоттки уменьшается при более высоких прямых токах, где падение напряжения определяется последовательным сопротивлением

Наиболее очевидными ограничениями диодов Шоттки являются их относительно низкие номинальные значения обратного напряжения и относительно высокий обратный ток утечки. Для кремниево-металлических диодов Шоттки обратное напряжение обычно составляет 50 В или меньше. Доступны некоторые конструкции с более высоким напряжением (200 В считается высоким обратным напряжением). Обратный ток утечки, поскольку он увеличивается с температурой, приводит к проблеме тепловой нестабильности . Это часто ограничивает полезное обратное напряжение значительно ниже фактического номинального значения.