Site Loader

Содержание

Как работают диоды Шоттки

Все, что вам нужно знать о том, как работают диоды Шоттки


Подобно другим диодам, диод Шоттки в зависимости от направления течения тока в электрической цепи влияет на ток. В мире электроники эти устройства работают так же, как улицы с односторонним движением – они позволяют току течь только от анода к катоду. Тем не менее, в отличие от обычных полупроводниковых диодов, диод Шоттки известен благодаря низкому падению напряжения при его прямом включении и способностью к быстрому переключению. Это делает его идеальным выбором для использования в высокочастотных устройствах, а также в устройствах, где используются низкие напряжения. Диод Шоттки может применяться в самых разных устройствах, например:

  • Для выпрямления тока большой мощности. Диоды Шоттки могут использоваться в мощных устройствах благодаря низкому падению напряжения при прямом включении. Эти диоды затрачивают меньше энергии, что способствует уменьшению размеров радиатора;

  • В универсальных источниках питания. Диоды Шоттки также могут помогать разделять питание при использовании блоков двойного электропитания, использующих энергию электрической сети и аккумуляторов;

  • В элементах солнечных батарей. Диоды Шоттки могут помочь добиться максимальной эффективности элементов солнечной батареи благодаря низкому падению напряжения при прямом включении. Также они помогают защищать ячейки от обратного заряда;

  • В качестве защелки. Диоды Шоттки могут также использоваться в качестве защелки в транзисторных схемах, а также в цепях с логическими элементами 74LS или 74S.

Преимущества и недостатки диода Шоттки

Одним из главных преимуществ использования диода Шоттки вместо обычного диода является низкое сопротивление его перехода металл-полупроводник, приводящее к тому, что напряжение падает при его прямом включении. Таким образом диод Шоттки потребляет меньшее напряжение, чем обычный диод. На его p-n-переходе падает лишь 0,3-0,4 В. На графике ниже вы можете видеть прямое падение напряжение, составляющее приблизительно 0,3 В. Ток через диод Шоттки значительно возрастает при увеличении напряжения сверх указанного. Через обычный диод ток не растет до напряжения приблизительно 0,6 В.

На рисунках ниже показаны две электрические цепи в качестве иллюстрации преимуществ низкого падения напряжения при прямом включении. В цепи слева обычный диод, а справа – диод Шоттки. У обеих цепей источник питания дает напряжение 2 В постоянного тока.

Обычный диод потребляет 0,7 В, отдавая нагрузке лишь 1,3 В. Благодаря низкому падению напряжения при прямом включении, диод Шоттки потребляет только 0,3 В, отдавая нагрузке 1,7 В. Если нагрузке необходимы 1,5 В, то для такой задачи подойдет только диод Шоттки.

Другие преимущества использования диода Шоттки вместо обычного диода:

  • Малое время обратного восстановления. Диод Шоттки накапливает небольшой заряд, что делает его идеальным для использования в схемах, требующих быстрого переключения — они широко используются при конструировании высокочастотных печатных плат;

  • Пониженный уровень помех. Диод Шоттки добавляет в схему меньшее количество нежелательного шума по сравнению с типичным диодом с p-n-переходом;

  • Более высокие характеристики. Диод Шоттки потребляет меньше энергии, поэтому подходит по техническим требованиям для использования в низковольтных устройствах.

Также следует помнить о нескольких недостатках диодов Шоттки. Диод Шоттки, на который подано обратное напряжение смещения, будет пропускать больший обратный ток, чем обычный диод. Это приводит к тому, что в цепи с обратным включением диода Шоттки ток утечки больше.

Максимальное обратное напряжение диода Шоттки также меньше, чем у обычных диодов, и обычно составляет не более 50 В. При превышении этого напряжения происходит пробой диода Шоттки, в результате чего он начинает пропускать большой ток в обратном направлении. До этой величины обратного напряжения существует лишь небольшой ток утечки через диод Шоттки, впрочем, как и у других диодов.

Как работает диод Шоттки

В обычном диоде полупроводники p-типа и n-типа образуют p-n-переход. В диоде Шоттки вместо полупроводника p-типа используется металл. Этот металл может быть разным – от платины до вольфрама, молибден, золото и т. д.

Металл и полупроводник n-типа образуют переход металл-полупроводник. Он называется барьером Шоттки. Свойства барьера Шоттки различны при отсутствии напряжения смещения, при прямом и при обратном смещении.

Напряжение смещения отсутствует

При отсутствии напряжения смещения свободные электроны будут перемещаться из полупроводника n-типа в металл, чтобы восстановить равновесие. Этот поток электронов создает барьер Шоттки, где встречаются отрицательные и положительные ионы. Чтобы свободные электроны смогли преодолеть этот барьер, требуется приложение внешнего напряжения большего, чем потенциал поля перехода металл-полупроводник.

Прямое смещение

Если положительную клемму батарейки подключить к выводу диода, подключенного к металлической части перехода метал-полупроводник, а отрицательную – к выводу диода, подключенного к полупроводнику, то таким образом мы подадим на диод прямое смещение. В этом состоянии, если напряжение больше 0,2 В, то электроны могут преодолеть переход металл-полупроводник и перейти из полупроводника n-типа в металл. Это приведет к возникновению тока через диод. Так работают все диоды.

Обратное смещение

Если отрицательную клемму батарейки подключить к выводу диода, подключенного к металлической части перехода метал-полупроводник, а положительную – к выводу диода, подключенного к полупроводнику, то таким образом мы подадим на диод обратное смещение. Так мы увеличим ширину барьера Шоттки, не давая току течь через диод. Тем не менее, если напряжение обратного смещения будет возрастать, то, в конце концов, барьер будет пробит. После чего ток потечет в обратном направлении и может повредить этот и другие электронные компоненты.

Изготовление и параметры диода Шоттки

Существуют различные способы изготовления диода Шоттки. Самый простой способ изготовить диод Шоттки – это присоединить к поверхности полупроводника металлический провод, сделав точечный контакт. Некоторые диоды Шоттки до сих пор производятся таким способом, но осуществить контроль качества готовых диодов сложно.

Самая популярная технология использует вакуумное нанесение металла на поверхность полупроводника. Этот метод обладает недостатком, заключающимся в пробое диода вследствие воздействия электрических полей по краям пластины проводника. Для устранения этой проблемы производители защищают полупроводниковую пластину оксидным охранным кольцом. Кроме того, это охранное кольцо защищает переход металл-полупроводник от разрушения вследствие физического воздействия. Такие диоды изготавливаются в том числе в форм-факторе, допускающем поверхностный монтаж компонентов.

Параметры диода Шоттки

Ниже приведен перечень характеристик, на основании которых следует подбирать диод Шоттки для использования в вашем следующем электронном проекте.

Примеры диодов Шоттки

Полезно увидеть, как эти характеристики обычно приводятся на сайте изготовителя или в спецификации. Ниже приведены два примера:

1N5711 – это ультрабыстрый диод Шоттки, обладающий высоким пробивным напряжением, низким падением напряжения при прямом включении и охранным кольцом для защиты перехода металл-полупроводник.

1N5828 – это диод Шоттки в корпусе штыревого типа, используемый для выпрямления тока.

Управление током

Вы планируете поработать над высокочастотным или мощным устройством, в котором требуется применение низкого напряжения? Ваш выбор – диоды Шоттки! Эти диоды широко известны благодаря их низкому падению напряжения при прямом включении и высокой скорости переключения. Используются ли они в ячейках солнечных батарей или для выпрямления тока, нет других подобных устройств, обладающих падением напряжения всего 0,3 В, дающее дополнительную эффективность. Современные ПО для разработки электронных устройств уже имеют множество готовых к использованию бесплатных библиотек, содержащих диоды Шоттки. Самому не нужно ничего делать. Попробуйте уже сегодня!

Для чего нужен диод шоттки

Обозначение, применение и параметры диодов Шоттки

К многочисленному семейству полупроводниковых диодов названных по фамилиям учёных, которые открыли необычный эффект, можно добавить ещё один. Это диод Шоттки.

Немецкий физик Вальтер Шоттка открыл и изучил так называемый барьерный эффект возникающий при определённой технологии создания перехода металл-полупроводник.

Основной «фишкой» диода Шоттки является то, что в отличие от обычных диодов на основе p-n перехода, здесь используется переход металл-полупроводник, который ещё называют барьером Шоттки. Этот барьер, так же, как и полупроводниковый p-n переход, обладает свойством односторонней электропроводимости и рядом отличительных свойств.

В качестве материала для изготовления диодов с барьером Шоттки преимущественно используется кремний (Si) и арсенид галлия (GaAs), а также такие металлы как золото, серебро, платина, палладий и вольфрам.

На принципиальных схемах диод Шоттки изображается вот так.

Как видим, его изображение несколько отличается от обозначения обычного полупроводникового диода.

Кроме такого обозначения на схемах можно встретить и изображение сдвоенного диода Шоттки (сборки).

Сдвоенный диод – это два диода смонтированных в одном общем корпусе. Выводы катодов или анодов у них объединены. Поэтому такая сборка, как правило, имеет три вывода. В импульсных блоках питания обычно применяются сборки с общим катодом.

Так как два диода размещены в одном корпусе и выполнены в едином технологическом процессе, то их параметры очень близки. Поскольку они размещены в едином корпусе, то и температурный режим их одинаков. Это увеличивает надёжность и срок службы элемента.

У диодов Шоттки есть два положительных качества: весьма малое прямое падение напряжения (0,2-0,4 вольта) на переходе и очень высокое быстродействие.

К сожалению, такое малое падение напряжения проявляется при приложенном напряжении не более 50-60 вольт. При дальнейшем его повышении диод Шоттки ведёт себя как обычный кремниевый выпрямительный диод. Максимальное обратное напряжение для Шоттки обычно не превышает 250 вольт, хотя в продаже можно встретить образцы, рассчитанные и на 1,2 киловольта (VS-10ETS12-M3).

Так, сдвоенный диод Шоттки (Schottky rectifier) 60CPQ150 рассчитан на максимальное обратное напряжение 150V, а каждый из диодов сборки способен пропустить в прямом включении 30 ампер!

Также можно встретить образцы, выпрямленный за полупериод ток которых может достигать 400А максимум! Примером может служит модель VS-400CNQ045.

Очень часто в принципиальных схемах сложное графическое изображение катода попросту опускают и изображают диод Шоттки как обычный диод. А тип применяемого элемента указывают в спецификации.

К недостаткам диодов с барьером Шоттки можно отнести то, что даже при кратковременном превышении обратного напряжения они мгновенно выходят из строя и главное необратимо. В то время как кремниевые силовые вентили после прекращения действия превышенного напряжения прекрасно самовосстанавливаются и продолжают работать. Кроме того обратный ток диодов очень сильно зависит от температуры перехода. На большом обратном токе возникает тепловой пробой.

К положительным качествам диодов Шоттки кроме высокого быстродействия, а, следовательно, малого времени восстановления можно отнести малую ёмкость перехода (барьера), что позволяет повысить рабочую частоту. Это позволяет использовать их в импульсных выпрямителях на частотах в сотни килогерц. Очень много диодов Шоттки находят своё применение в интегральной микроэлектронике. Выполненные по нано технологии диоды Шоттки входят в состав интегральных схем, где они шунтируют переходы транзисторов для повышения быстродействия.

В радиолюбительской практике прижились диоды Шоттки серии 1N581x (1N5817, 1N5818, 1N5819). Все они рассчитаны на максимальный прямой ток (

IF(AV)) – 1 ампер и обратное напряжение (VRRM) от 20 до 40 вольт. Падение напряжения (VF) на переходе составляет от 0,45 до 0,55 вольт. Как уже говорилось, прямое падение напряжения (Forward voltage drop) у диодов с барьером Шоттки очень мало.

Также достаточно известным элементом является 1N5822. Он рассчитан на прямой ток в 3 ампера и выполнен в корпусе DO-201AD.

Также на печатных платах можно встретить диоды серии SK12 – SK16 для поверхностного монтажа. Они имеют довольно небольшие размеры. Несмотря на это SK12-SK16 выдерживают прямой ток до 1 ампера при обратном напряжении 20 – 60 вольт. Прямое падение напряжения составляет 0,55 вольт (для SK12, SK13, SK14) и 0,7 вольт (для SK15, SK16). Также на практике можно встретить диоды серии SK32 – SK310, например,

SK36, который рассчитан на прямой ток 3 ампера.

Применение диодов Шоттки в источниках питания.

Диоды Шоттки активно применяются в блоках питания компьютеров и импульсных стабилизаторах напряжения. Среди низковольтных питающих напряжений самыми сильноточными (десятки ампер) являются напряжения +3,3 вольта и +5,0 вольт. Именно в этих вторичных источниках питания и используются диоды с барьером Шоттки. Чаще всего используются трёхвыводные сборки с общим катодом. Именно применение сборок может считаться признаком высококачественного и технологичного блока питания.

Выход из строя диодов Шоттки одна из наиболее часто встречающихся неисправностей в импульсных блоках питания. У него может быть два «дохлых» состояния: чистый электрический пробой и утечка. При наличии одного из этих состояний блок питания компьютера блокируется, так как срабатывает защита. Но это может происходить по-разному.

В первом случае все вторичные напряжения отсутствуют. Защита заблокировала блок питания. Во втором случае вентилятор «подёргивается» и на выходе источников питания периодически то появляются пульсации напряжения, то пропадают.

То есть схема защиты периодически срабатывает, но полной блокировки источника питания при этом не происходит. Диоды Шоттки гарантированно вышли из строя, если радиатор, на котором они установлены, разогрет очень сильно до появления неприятного запаха. И последний вариант диагностики связанный с утечкой: при увеличении нагрузки на центральный процессор в мультипрограммном режиме блок питания самопроизвольно отключается.

Следует иметь в виду, что при профессиональном ремонте блока питания после замены вторичных диодов, особенно с подозрением на утечку, следует проверить все силовые транзисторы выполняющие функцию ключей и наоборот: после замены ключевых транзисторов проверка вторичных диодов является обязательной процедурой. Всегда необходимо руководствоваться принципом: беда одна не приходит.

Проверка диодов Шоттки мультиметром.

Проверить диод Шоттки можно с помощью рядового мультиметра. Методика такая же, как и при проверке обычного полупроводникового диода с p-n переходом. Но и тут есть подводные камни. Особенно трудно проверить диод с утечкой. Прежде всего, элемент необходимо выпаять из схемы для более точной проверки. Достаточно легко определить полностью пробитый диод. На всех пределах измерения сопротивления неисправный элемент будет иметь бесконечно малое сопротивление, как в прямом, так и в обратном включении. Это равносильно короткому замыканию.

Сложнее проверить диод с подозрением на «утечку». Если проводить проверку мультиметром DT-830 в режиме «диод», то мы увидим совершенно исправный элемент. Можно попробовать измерить в режиме омметра его обратное сопротивление. На пределе «20кОм» обратное сопротивление определяется как бесконечно большое. Если же прибор показывает хоть какое-то сопротивление, допустим 3 кОм, то этот диод следует рассматривать как подозрительный и менять на заведомо исправный. Стопроцентную гарантию может дать полная замена диодов Шоттки по шинам питания +3,3V и +5,0V.

Где ещё в электронике используются диоды Шоттки? Их можно обнаружить в довольно экзотических приборах, таких как приёмники альфа и бета излучения, детекторах нейтронного излучения, а в последнее время на барьерных переходах Шоттки собирают панели солнечных батарей. Так, что они питают электроэнергией и космические аппараты.

Что такое диод Шоттки? Это полупроводниковый элемент, название которого соответствует фамилии знаменитого физика и изобретателя, работавшего в Германии. Специфика диода Шоттки заключается в минимальном снижении напряжения. Эта низкая динамика наблюдается при прямом введении компонента в цепь. На практике используется при обратном напряжении с небольшими значениями (в среднем 3-10В), при возможности применять в промышленности с гораздо большими величинами значение может достигать до 1200В.


Внешний вид

Разновидности диодов Шоттки

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


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.

Особенности и принцип работы диода Шоттки

Как работает диод Шоттки? В чем принципиальные отличия его работы от аналогов с другим барьерным переходом?

Устройство диода Шоттки имеет отличие от других элементов того же назначения использованием барьером в виде перехода между металлом и полупроводником. У аналогов обычно работает с этой же целью p-n переход. Так в первом случае имеется односторонняя электропроводность. В зависимости от того, какой конкретно металл выбран для перехода в элементе, различаются и характеристики элемента. Чаще всего выбирается кремний, возможно применение арсенида галлия. Реже могут применяться сплавы вольфрама, платины и других материалов.

Кремний — самый распространенный и надежный элемент в диодах Шоттки, с ним конструкция надежно работает в условиях высокой мощности. Изделие стабильнее в работе, чем другие полупроводниковые аналоги, а простота изготовления и устройства диода Шоттки делают его очень доступным вариантом.


Структура элемента

Принцип работы диода Шоттки основан на особенностях барьера. Эффект Шоттки при контакте компонентов, из которых выполнен непосредственно полупроводник и металл заключается в образовании бедного электронами участка. Последний имеет вентильные характеристики, аналогичные p-n взаимодействию. Контактный слой останавливает носителей заряда. По сравнению с другими типами полупроводниковых вентилей такое решение обладает:

  • минимальным обратным током;
  • стремящейся к нулю собственной емкостью;
  • обратным напряжением самой низкой допустимой величины;
  • при прямом включении — меньшим снижением напряжения (до 0.5 В в сравнении с 2-3 В в случае аналога).

В переходной зоне нет лишних носителей заряда. Благодаря этому там не возникают диффузии и рекомбинации, что наблюдается в контактных слоях p-n перехода. Так обеспечивается минимальная собственная емкость диода Шоттки, что делает возможным с большей эффективностью использовать его в устройствах с высокими и сверхчастотами.

Преимущества и недостатки диода Шоттки

Несомненными преимуществами подобных полупроводниковых изделий являются:

  • надежное удерживание электротока;
  • минимальная емкость барьера обеспечивает длительную эксплуатацию;
  • быстродействие.

Высокие показатели обратного тока — основной недостаток устройств с диодом Шоттки. Из-за этого при скачке обратного тока диод может выйти из строя.

Важно! При внедрении подобных диодов в цепи с высокой мощностью электротока создается риск теплового пробоя.

Маркировка и схема диода Шоттки

На схеме преподносится почти как стандартный полупроводниковый диод, но имеются и отличия.


Обозначения диодов

В маркировке используется набор символов, они всегда обозначаются сбоку изделия. Используются международные стандарты, но в зависимости от производителя маркировка может отличаться.

Сочетание цифр и букв на корпусе не всегда понятно, но в радиотехнических справочниках всегда можно найти точную расшифровку.

Работа в ИБП

Подобные элементы очень широко используются в импульсных схемах, в приборах для стабилизации напряжения, а также в блоках питания. Преимущественно выбираются сдвоенные элементы, имеющие в одном корпусе общий катод.

Использование в ИБП сдвоенного диода Шоттки с общим катодом является признаком высокого качества и надежности блока питания.

При этом сгоревший элемент относится к частым и типовым неисправностям импульсного устройства. Нерабочее состояние возникает при:

  • утечке на корпус;
  • электроприборе.

Встроенная защита приводит к блокировке ИБП в обоих случаях. При утечке возможно присутствие незначительных нестабильных пульсаций напряжения на выходе, а также слабые «подергивания» вентилятора. В случае пробоя напряжения в блоке питания полностью исключены. Так можно определить вероятную причину нерабочего состояния диода Шоттки, но для окончательного решения понадобится диагностика.

Для диагностики следует выполнить шаги:

  1. Выпаять элемент и схемы.
  2. Осмотреть на предмет механических повреждений, присутствия следов разрушительных химических реакций.
  3. Выполнить проверку мультиметром.


Проверка мультиметром

Отличие процедуры от диагностики обычных диодов заключается в необходимости демонтажа сборки или элемента, иначе проверить его состояние будет очень сложно. Утечку диагностировать сложнее. При использовании типичного мультиметра может отображаться полная работоспособность элемента при работе прибора в режиме «диод». Потому лучше устанавливать режим «омметр» и заменить элемент при демонстрации сопротивления. Показатель 5 кОм не устанавливает точно неисправность диода, но лучше считать его подозрительным и выполнить замену. Доступная стоимость диодов Шоттки позволяет сделать это практически в любой момент без особых трат.

Важно! Если для проверки работоспособности диода Шоттки используется типовой мультиметр, нужно учитывать указанный сбоку показатель электротока.

Применение

Отличительные особенности и принцип работы диода Шоттки обусловливают его широкое применение в быту и в промышленности. Кроме блоков питания компьютера, его часто можно встретить в схемах:

  • бытовых электроприборов;
  • стабилизаторов напряжения;
  • во всем спектре радио- и телеаппаратуры;
  • в другой электронике.

Подобные элементы используются в современных батареях и транзисторах, работа которых обеспечивается сенечной энергией.

Такое универсальное использование элемента связано с способностью полупроводникового диода с эффектом Шоттки во много раз усиливать работоспособность любого прибора и увеличивать его эффективность. Обратное сопротивление электротока восстанавливается, за счет чего он сохраняется в электрической сети. Потери динамики напряжения минимизируются. Также диод Шоттки вбирает несколько видов излучений.

Диод с барьером Шоттки — неприхотливый и простой элемент, обеспечивающий бесперебойную работу множества современных приборов. Доступный, надежный, отличается широкой сферой применения благодаря особенностям в своей конструкции.

Диод Шоттки, принцип работы которого мы опишем сегодня, является очень удачным изобретением немецкого ученого Вальтера Шоттки. В его честь устройство и было названо, а встретить его можно при изучении самых разных электрических схем. Для тех, кто еще только начинает знакомиться с электроникой, будет полезным узнать о том, зачем его используют и где он чаще всего применяется.

Что это такое

Это полупроводниковый диод с минимальным падением уровня напряжения во время прямого включения. Он имеет две главные составляющие: собственно, полупроводник и металл.
Как известно, допустимый уровень обратного напряжения в любых промышленных электронный устройствах составляет 250 В. Такое U находит практическое применение в любой низковольтной цепи, препятствуя обратному течению тока.

Структура самого устройства несложна и выглядит следующим образом:

  • полупроводник;
  • стеклянная пассивация;
  • металл;
  • защитное кольцо.

При прохождении электрического тока по цепи положительные и отрицательные заряды скапливаются по всему периметру устройства, включая защитное кольцо. Скопление частиц происходит в различных элементах диода. Это обеспечивает возникновение электрического поля с последующим выделением определенного количества тепла.

Отличие от других полупроводников

Главное его отличие от других полупроводников состоит в том, что преградой служит металлический элемент с односторонней проводимостью.

Такие элементы изготавливают из целого ряда ценных металлов:

  • арсенида галлия;
  • кремния;
  • золота;
  • вольфрама;
  • карбида кремния;
  • палладия;
  • платины.

От того, какой металл выбирается в качестве материала, зависят характеристики нужного показателя напряжения и качество работы электронного устройства в целом. Чаще всего применяют кремний — по причине его надежности, прочности и способности работать в условиях большой мощности. Также используется и арсенид галлия, соединенный с мышьяком, либо германий.

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.

Сфера применения

Диод Шоттки может включать в себя любой аккумулятор.

Он входит в устройство солнечной батареи. Солнечные панели, которые уже давно успешно работают в условиях космического пространства, собираются именно на основании барьерных переходов Шоттки. Такие гелиосистемы устанавливаются на космических аппаратах (спутниках и телескопах, проводящих работу в жестких условиях безвоздушного пространства).

Устройство незаменимо при работе компьютеров, бытовой техники, радиоприемников, блоков электропитания. При правильном использовании диод Шоттки увеличивает производительность любого устройства, предотвращает потери тока. Он способен принимать на себя альфа-, бета- и гамма-излучение. Именно поэтому он незаменим в условиях космоса.

С помощью такого устройства можно осуществить параллельное соединение диодов, используя их в качестве сдвоенных выпрямителей. Таким образом можно объединить межлу собой два параллельных источника питания. Один корпус включает в себя два полупроводника, а концы положительного и отрицательного зарядов связываются друг с другом. Есть и более простые схемы, где диоды Шоттки очень малы. Это характерно для очень мелких деталей в электронике.

Диод Шоттки является незаменимым элементом во многих электронных устройствах. Главное — понимать специфику его работы и использовать его корректно.

Принцип работы диода Шоттки, что такое диод Шоттки

Что такое диод Шоттки? Это полупроводниковый элемент, название которого соответствует фамилии знаменитого физика и изобретателя, работавшего в Германии. Специфика диода Шоттки заключается в минимальном снижении напряжения. Эта низкая динамика наблюдается при прямом введении компонента в цепь. На практике используется при обратном напряжении с небольшими значениями (в среднем 3-10В), при возможности применять в промышленности с гораздо большими величинами значение может достигать до 1200В.

Внешний вид

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.

Особенности и принцип работы диода Шоттки

Как работает диод Шоттки? В чем принципиальные отличия его работы от аналогов с другим барьерным переходом?

Устройство диода Шоттки имеет отличие от других элементов того же назначения использованием барьером в виде перехода между металлом и полупроводником. У аналогов обычно работает с этой же целью p-n переход. Так в первом случае имеется односторонняя электропроводность. В зависимости от того, какой конкретно металл выбран для перехода в элементе, различаются и характеристики элемента. Чаще всего выбирается кремний, возможно применение арсенида галлия. Реже могут применяться сплавы вольфрама, платины и других материалов.

Кремний — самый распространенный и надежный элемент в диодах Шоттки, с ним конструкция надежно работает в условиях высокой мощности. Изделие стабильнее в работе, чем другие полупроводниковые аналоги, а простота изготовления и устройства диода Шоттки делают его очень доступным вариантом.

Металл-полупроводник: принцип работы перехода

Структура элемента

Принцип работы диода Шоттки основан на особенностях барьера. Эффект Шоттки при контакте компонентов, из которых выполнен непосредственно полупроводник и металл заключается в образовании бедного электронами участка. Последний имеет вентильные характеристики, аналогичные p-n взаимодействию. Контактный слой останавливает носителей заряда. По сравнению с другими типами полупроводниковых вентилей такое решение обладает:

  • минимальным обратным током;
  • стремящейся к нулю собственной емкостью;
  • обратным напряжением самой низкой допустимой величины;
  • при прямом включении — меньшим снижением напряжения (до 0.5 В в сравнении с 2-3 В в случае аналога).

В переходной зоне нет лишних носителей заряда. Благодаря этому там не возникают диффузии и рекомбинации, что наблюдается в контактных слоях p-n перехода. Так обеспечивается минимальная собственная емкость диода Шоттки, что делает возможным с большей эффективностью использовать его в устройствах с высокими и сверхчастотами.

Преимущества и недостатки диода Шоттки

Несомненными преимуществами подобных полупроводниковых изделий являются:

  • надежное удерживание электротока;
  • минимальная емкость барьера обеспечивает длительную эксплуатацию;
  • быстродействие.

Высокие показатели обратного тока — основной недостаток устройств с диодом Шоттки. Из-за этого при скачке обратного тока диод может выйти из строя.

Важно! При внедрении подобных диодов в цепи с высокой мощностью электротока создается риск теплового пробоя.

Маркировка и схема диода Шоттки

На схеме преподносится почти как стандартный полупроводниковый диод, но имеются и отличия.

Обозначения диодов

В маркировке используется набор символов, они всегда обозначаются сбоку изделия. Используются международные стандарты, но в зависимости от производителя маркировка может отличаться.

Сочетание цифр и букв на корпусе не всегда понятно, но в радиотехнических справочниках всегда можно найти точную расшифровку.

Работа в ИБП

Подобные элементы очень широко используются в импульсных схемах, в приборах для стабилизации напряжения, а также в блоках питания. Преимущественно выбираются сдвоенные элементы, имеющие в одном корпусе общий катод.

Использование в ИБП сдвоенного диода Шоттки с общим катодом является признаком высокого качества и надежности блока питания.

При этом сгоревший элемент относится к частым и типовым неисправностям импульсного устройства. Нерабочее состояние возникает при:

  • утечке на корпус;
  • электроприборе.

Встроенная защита приводит к блокировке ИБП в обоих случаях. При утечке возможно присутствие незначительных нестабильных пульсаций напряжения на выходе, а также слабые «подергивания» вентилятора. В случае пробоя напряжения в блоке питания полностью исключены. Так можно определить вероятную причину нерабочего состояния диода Шоттки, но для окончательного решения понадобится диагностика.

Для диагностики следует выполнить шаги:

  1. Выпаять элемент и схемы.
  2. Осмотреть на предмет механических повреждений, присутствия следов разрушительных химических реакций.
  3. Выполнить проверку мультиметром.

Проверка мультиметром

Отличие процедуры от диагностики обычных диодов заключается в необходимости демонтажа сборки или элемента, иначе проверить его состояние будет очень сложно. Утечку диагностировать сложнее. При использовании типичного мультиметра может отображаться полная работоспособность элемента при работе прибора в режиме «диод». Потому лучше устанавливать режим «омметр» и заменить элемент при демонстрации сопротивления. Показатель 5 кОм не устанавливает точно неисправность диода, но лучше считать его подозрительным и выполнить замену. Доступная стоимость диодов Шоттки позволяет сделать это практически в любой момент без особых трат.

Важно! Если для проверки работоспособности диода Шоттки используется типовой мультиметр, нужно учитывать указанный сбоку показатель электротока.

Применение

Отличительные особенности и принцип работы диода Шоттки обусловливают его широкое применение в быту и в промышленности. Кроме блоков питания компьютера, его часто можно встретить в схемах:

  • бытовых электроприборов;
  • стабилизаторов напряжения;
  • во всем спектре радио- и телеаппаратуры;
  • в другой электронике.

Подобные элементы используются в современных батареях и транзисторах, работа которых обеспечивается сенечной энергией.

Такое универсальное использование элемента связано с способностью полупроводникового диода с эффектом Шоттки во много раз усиливать работоспособность любого прибора и увеличивать его эффективность. Обратное сопротивление электротока восстанавливается, за счет чего он сохраняется в электрической сети. Потери динамики напряжения минимизируются. Также диод Шоттки вбирает несколько видов излучений.

Диод с барьером Шоттки — неприхотливый и простой элемент, обеспечивающий бесперебойную работу множества современных приборов. Доступный, надежный, отличается широкой сферой применения благодаря особенностям в своей конструкции.

Понравилась статья? Расскажите друзьям: Оцените статью, для нас это очень важно:

Проголосовавших: 8 чел.
Средний рейтинг: 4.9 из 5.

общий принцип работы, маркировка, обозначение

Электротехника и радиоэлектроника пестрят многими понятиями, одним из которых является диод Шоттки, используемый в многочисленных схемах электроцепей. Многие задаются вопросами о том, что такое диод Шоттки, как он обозначается на схемах, а также каков принцип работы диода Шоттки.

Внешний вид Диода Шоттки с маркировкой 1N5817

Общая информация и принцип работы

Диод Шоттки – диодное полупроводниковое изделие, которое при прямолинейном включении в цепь выдает малый показатель уменьшения напряжения. Состоит данный элемент из металла и полупроводника. Назван диод в честь известного немецкого физика-испытателя В. Шоттки, какой в 38 году 20 века изобрел его.

В промышленности применяется такой диод с ограниченным обратным напряжением – до 250 В, но на практике в бытовых целях для предотвращения движения тока в противоположную сторону применяются в основном низковольтные варианты – 3-10В.

Диоды Шоттки можно разделить на 3 класса по мощностным характеристикам:

  • высокомощные;
  • среднемощные;
  • маломощные.

Диод с барьером Шоттки (более точное наименование изделия) состоит из проводника, для контакта с каким используется металл, кольца защиты и пассивации стеклом.

Структура диода с барьером Шоттки 1N5817

В тот момент, когда по электроцепи проходит ток, в разных участках корпуса по всей области полупроводникового барьера и на защитном кольце собираются отрицательные и положительные заряды, что приводит к возникновению электрополя и выделению тепловой энергии – это большой плюс диода для многих физических опытов.

Диодные сборки этого типа могут выпускаться в нескольких вариациях:

  • диоды Шоттки с общим анодом;
  • диодные изделия, имеющие вывод с общего катода;
  • диоды, собранные по схеме удвоения.

Технические характеристики популярных модификаций диодов Шоттки

НаименованиеПредельное обратное пиковое напряжениеПредельный выпрямительный электротокПиковый прямой электротокПредельный обратный электротокПредельное прямое напряжение
Ед. измеренияВАоСАµАВ
1N5817201902510,45
1N5818301902510,55
1N5819401902510,6
1N5821303958020,5
1N5822403958020.525

Габаритные размеры диодных сборок типа Шоттки серии 1N5817

Различия от иных полупроводников

Диоды Шоттки различаются от иных диодных изделий тем, что имеют преграду в виде перехода – полупроводник-металл, характеризующийся односторонней электропроводностью. Металлом в них могут выступать кремний, арсенид галлия, реже могут использоваться соединения германия, вольфрама, золота, платины и прочие.

Работа этого электронного компонента будет полностью зависеть от выбранного металла. Чаще всего в таких конструкциях встречается кремний, так как отличается большей надежностью и отличными рабочими характеристиками на высоких мощностях. Могут также использоваться соединения галлия и мышьяка, германия. Производственная технология этого электронного изделия проста, что обуславливает его низкую стоимость.

Изделие Шоттки характеризуется более стабильным функционированием при подаче электротока, чем прочие типы полупроводниковых диодов. Достигается это за счет того, что в его корпус внедряются специальные кристаллические образования.

Достоинства и недостатки

Вышеописанные диоды имеют некоторые достоинства, которые заключаются в следующем:

  • электроток отлично удерживается в цепи;
  • небольшая емкость барьера Шоттки увеличивает срок службы изделия;
  • низкое падение электронапряжения;
  • быстродействие в электроцепи.

Самым же существенным недостатком компонента является огромный обратный ток, что даже при скачке этого показателя в несколько единиц приводит к выходу диода из строя.

Обратите внимание! При эксплуатации электроэлемента Шоттки в цепях с мощным электротоком при неблагоприятных условиях теплового обмена случается теплопробой.

Диод Шоттки: обозначение и маркировка

Диод Шоттки на электросхемах обозначается практически точно так же, как и обычные полупроводники, но с некоторыми особенностями.

Условные графические обозначения основных полупроводников и диодов, в том числе диода с барьером Шоттки

Стоит отметить, что на схемах могут встречаться и сдвоенные варианты диода Шоттки. Представляет собой такая конструкция два соединенных диода в общем корпусе, имеющие спаянные катоды или аноды, что ведет к образованию трех выводов.

Внешний вид и обозначение сдвоенного диода Шоттки с общим катодом

Маркировка таких элементов проставляется сбоку в виде букв и символов. Каждый производитель осуществляет маркирование своих изделий по-своему, но выполняя определенные международные стандарты.

Важно! Если буквенно-цифирное обозначение на корпусе диода не понятно, то рекомендуется смотреть расшифровку в радиотехническом справочнике.

Область применение

Применение диодных конструкций с барьером Шоттки можно встретить во многих приборах и электротехнических структур. Наиболее часто они применяются на электросхемах в следующей технике:

  • электроприборы для дома и компьютеры;
  • блоки питания различного типа и стабилизаторы напряжения;
  • теле,- и радиоаппаратура;
  • транзисторы и батареи, работающие от солнечной энергии;
  • прочая электроника.

Столь широкая область применения связана с тем, что такой электротехнический элемент увеличивает многократно эффективность и работоспособность конечного изделия, восстанавливает обратное сопротивление электротока, сохраняет его в электросети, снижает численность утерь динамики электронапряжения, а также вбирает в себя довольно много различного типа излучений.

Диагностирование диодов Шоттки

Проверить исправность электроэлемента Шоттки несложно, однако для этого потребуется некоторое время. Для диагностики неисправностей необходимо проделать нижеследующее:

  1. Из электросхемы или диодного моста требуется изначально выпаять интересующий элемент;
  2. Провести визуальный осмотр на возможные механические повреждения, наличие следов химических и прочих реакций;
  3. Проверить диод тестером или мультиметром;
  4. Если проверка проводится мультиметром, то необходимо после его включения подвести щупы к концам катода и анода, в итоге прибор выдаст реальное напряжение диодной сборки.

Важно! При проведении проверочных мероприятий мультиметром, следует учитывать электроток, который обычно указан сбоку изделия.

Схема проверки диодной сборки Шоттки посредством мультиметра

Итогом этих простых действий станет установление технического состояния полупроводника. Неисправным же диод может стать по следующим причинам:

  1. При возникновении пробоин элемент Шоттки перестает удерживать электроток, соответственно из полупроводника превращается в проводника;
  2. Когда в диодном мосту или самом диодном элементе случается обрыв, то пропуск электротока прекращается вообще.

Стоит отметить, что при таких происшествиях не будет видно ни дыма, ни запаха гари, соответственно, проверять потребуется все диоды, а лучше всего обратиться в специализированные мастерские.

Диод Шоттки – простой и неприхотливый, но в то же время крайне необходимый элемент в современной электронике, так как именно благодаря ему удается обеспечить бесперебойную работу многих приборов и технических изделий.

Видео

Оцените статью:

принцип работы, зачем он нужен

Диод Шоттки, принцип работы которого мы опишем сегодня, является очень удачным изобретением немецкого ученого Вальтера Шоттки. В его честь устройство и было названо, а встретить его можно при изучении самых разных электрических схем. Для тех, кто еще только начинает знакомиться с электроникой, будет полезным узнать о том, зачем его используют и где он чаще всего применяется.

Что это такое

Это полупроводниковый диод с минимальным падением уровня напряжения во время прямого включения. Он имеет две главные составляющие: собственно, полупроводник и металл.
Как известно, допустимый уровень обратного напряжения в любых промышленных электронный устройствах составляет 250 В. Такое U находит практическое применение в любой низковольтной цепи, препятствуя обратному течению тока.

Структура самого устройства несложна и выглядит следующим образом:

  • полупроводник;
  • стеклянная пассивация;
  • металл;
  • защитное кольцо.

При прохождении электрического тока по цепи положительные и отрицательные заряды скапливаются по всему периметру устройства, включая защитное кольцо. Скопление частиц происходит в различных элементах диода. Это обеспечивает возникновение электрического поля с последующим выделением определенного количества тепла.

Отличие от других полупроводников

Главное его отличие от других полупроводников состоит в том, что преградой служит металлический элемент с односторонней проводимостью.

Такие элементы изготавливают из целого ряда ценных металлов:

  • арсенида галлия;
  • кремния;
  • золота;
  • вольфрама;
  • карбида кремния;
  • палладия;
  • платины.

От того, какой металл выбирается в качестве материала, зависят характеристики нужного показателя напряжения и качество работы электронного устройства в целом. Чаще всего применяют кремний — по причине его надежности, прочности и способности работать в условиях большой мощности. Также используется и арсенид галлия, соединенный с мышьяком, либо германий.

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.

Сфера применения

Диод Шоттки может включать в себя любой аккумулятор.

Он входит в устройство солнечной батареи. Солнечные панели, которые уже давно успешно работают в условиях космического пространства, собираются именно на основании барьерных переходов Шоттки. Такие гелиосистемы устанавливаются на космических аппаратах (спутниках и телескопах, проводящих работу в жестких условиях безвоздушного пространства).

Устройство незаменимо при работе компьютеров, бытовой техники, радиоприемников, блоков электропитания. При правильном использовании диод Шоттки увеличивает производительность любого устройства, предотвращает потери тока. Он способен принимать на себя альфа-, бета- и гамма-излучение. Именно поэтому он незаменим в условиях космоса.

С помощью такого устройства можно осуществить параллельное соединение диодов, используя их в качестве сдвоенных выпрямителей. Таким образом можно объединить межлу собой два параллельных источника питания. Один корпус включает в себя два полупроводника, а концы положительного и отрицательного зарядов связываются друг с другом. Есть и более простые схемы, где диоды Шоттки очень малы. Это характерно для очень мелких деталей в электронике.

Диод Шоттки является незаменимым элементом во многих электронных устройствах. Главное — понимать специфику его работы и использовать его корректно.

Диод шоттки отличие от обычного диода

Диоды Шоттки: описание, принцип работы, схема, основные параметры, применение, характеристики

В конце 30-х годов XX века немецкий физик Вальтер Шоттки обнаружил, что внешнее электрическое поле заставляет свободные электроны покидать зону проводимости и в буквальном смысле выходить из твёрдого тела. Данная квантовая зависимость впоследствии была названа именем её первооткрывателя и теперь известна, как эффект Шоттки.

Несмотря на то, что открытие германского учёного относится к области теоретической физики, оно находит применение в практической радиотехнике и лежит в основе функциональности таких радиокомпонентов, как диоды Шоттки. Их отличие от обычных электрических вентилей заключается в отсутствии классического полупроводникового p-n-перехода. Его роль играет контакт между полупроводником и металлом.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Обозначение, применение и параметры диодов Шоттки

К многочисленному семейству полупроводниковых диодов названных по фамилиям учёных, которые открыли необычный эффект, можно добавить ещё один. Это диод Шоттки.

Немецкий физик Вальтер Шоттка открыл и изучил так называемый барьерный эффект возникающий при определённой технологии создания перехода металл-полупроводник.

Основной «фишкой» диода Шоттки является то, что в отличие от обычных диодов на основе p-n перехода, здесь используется переход металл-полупроводник, который ещё называют барьером Шоттки. Этот барьер, так же, как и полупроводниковый p-n переход, обладает свойством односторонней электропроводимости и рядом отличительных свойств.

В качестве материала для изготовления диодов с барьером Шоттки преимущественно используется кремний (Si) и арсенид галлия (GaAs), а также такие металлы как золото, серебро, платина, палладий и вольфрам.

На принципиальных схемах диод Шоттки изображается вот так.

Как видим, его изображение несколько отличается от обозначения обычного полупроводникового диода.

Кроме такого обозначения на схемах можно встретить и изображение сдвоенного диода Шоттки (сборки).

Сдвоенный диод – это два диода смонтированных в одном общем корпусе. Выводы катодов или анодов у них объединены. Поэтому такая сборка, как правило, имеет три вывода. В импульсных блоках питания обычно применяются сборки с общим катодом.

Так как два диода размещены в одном корпусе и выполнены в едином технологическом процессе, то их параметры очень близки. Поскольку они размещены в едином корпусе, то и температурный режим их одинаков. Это увеличивает надёжность и срок службы элемента.

У диодов Шоттки есть два положительных качества: весьма малое прямое падение напряжения (0,2-0,4 вольта) на переходе и очень высокое быстродействие.

К сожалению, такое малое падение напряжения проявляется при приложенном напряжении не более 50-60 вольт. При дальнейшем его повышении диод Шоттки ведёт себя как обычный кремниевый выпрямительный диод. Максимальное обратное напряжение для Шоттки обычно не превышает 250 вольт, хотя в продаже можно встретить образцы, рассчитанные и на 1,2 киловольта (VS-10ETS12-M3).

Так, сдвоенный диод Шоттки (Schottky rectifier) 60CPQ150 рассчитан на максимальное обратное напряжение 150V, а каждый из диодов сборки способен пропустить в прямом включении 30 ампер!

Также можно встретить образцы, выпрямленный за полупериод ток которых может достигать 400А максимум! Примером может служит модель VS-400CNQ045.

Очень часто в принципиальных схемах сложное графическое изображение катода попросту опускают и изображают диод Шоттки как обычный диод. А тип применяемого элемента указывают в спецификации.

К недостаткам диодов с барьером Шоттки можно отнести то, что даже при кратковременном превышении обратного напряжения они мгновенно выходят из строя и главное необратимо. В то время как кремниевые силовые вентили после прекращения действия превышенного напряжения прекрасно самовосстанавливаются и продолжают работать. Кроме того обратный ток диодов очень сильно зависит от температуры перехода. На большом обратном токе возникает тепловой пробой.

К положительным качествам диодов Шоттки кроме высокого быстродействия, а, следовательно, малого времени восстановления можно отнести малую ёмкость перехода (барьера), что позволяет повысить рабочую частоту. Это позволяет использовать их в импульсных выпрямителях на частотах в сотни килогерц. Очень много диодов Шоттки находят своё применение в интегральной микроэлектронике. Выполненные по нано технологии диоды Шоттки входят в состав интегральных схем, где они шунтируют переходы транзисторов для повышения быстродействия.

В радиолюбительской практике прижились диоды Шоттки серии 1N581x (1N5817, 1N5818, 1N5819). Все они рассчитаны на максимальный прямой ток (IF(AV)) – 1 ампер и обратное напряжение (VRRM) от 20 до 40 вольт. Падение напряжения (VF) на переходе составляет от 0,45 до 0,55 вольт. Как уже говорилось, прямое падение напряжения (Forward voltage drop) у диодов с барьером Шоттки очень мало.

Также достаточно известным элементом является 1N5822. Он рассчитан на прямой ток в 3 ампера и выполнен в корпусе DO-201AD.

Также на печатных платах можно встретить диоды серии SK12 – SK16 для поверхностного монтажа. Они имеют довольно небольшие размеры. Несмотря на это SK12-SK16 выдерживают прямой ток до 1 ампера при обратном напряжении 20 – 60 вольт. Прямое падение напряжения составляет 0,55 вольт (для SK12, SK13, SK14) и 0,7 вольт (для SK15, SK16). Также на практике можно встретить диоды серии SK32 – SK310, например, SK36, который рассчитан на прямой ток 3 ампера.

Применение диодов Шоттки в источниках питания.

Диоды Шоттки активно применяются в блоках питания компьютеров и импульсных стабилизаторах напряжения. Среди низковольтных питающих напряжений самыми сильноточными (десятки ампер) являются напряжения +3,3 вольта и +5,0 вольт. Именно в этих вторичных источниках питания и используются диоды с барьером Шоттки. Чаще всего используются трёхвыводные сборки с общим катодом. Именно применение сборок может считаться признаком высококачественного и технологичного блока питания.

Выход из строя диодов Шоттки одна из наиболее часто встречающихся неисправностей в импульсных блоках питания. У него может быть два «дохлых» состояния: чистый электрический пробой и утечка. При наличии одного из этих состояний блок питания компьютера блокируется, так как срабатывает защита. Но это может происходить по-разному.

В первом случае все вторичные напряжения отсутствуют. Защита заблокировала блок питания. Во втором случае вентилятор «подёргивается» и на выходе источников питания периодически то появляются пульсации напряжения, то пропадают.

То есть схема защиты периодически срабатывает, но полной блокировки источника питания при этом не происходит. Диоды Шоттки гарантированно вышли из строя, если радиатор, на котором они установлены, разогрет очень сильно до появления неприятного запаха. И последний вариант диагностики связанный с утечкой: при увеличении нагрузки на центральный процессор в мультипрограммном режиме блок питания самопроизвольно отключается.

Следует иметь в виду, что при профессиональном ремонте блока питания после замены вторичных диодов, особенно с подозрением на утечку, следует проверить все силовые транзисторы выполняющие функцию ключей и наоборот: после замены ключевых транзисторов проверка вторичных диодов является обязательной процедурой. Всегда необходимо руководствоваться принципом: беда одна не приходит.

Проверка диодов Шоттки мультиметром.

Проверить диод Шоттки можно с помощью рядового мультиметра. Методика такая же, как и при проверке обычного полупроводникового диода с p-n переходом. Но и тут есть подводные камни. Особенно трудно проверить диод с утечкой. Прежде всего, элемент необходимо выпаять из схемы для более точной проверки. Достаточно легко определить полностью пробитый диод. На всех пределах измерения сопротивления неисправный элемент будет иметь бесконечно малое сопротивление, как в прямом, так и в обратном включении. Это равносильно короткому замыканию.

Сложнее проверить диод с подозрением на «утечку». Если проводить проверку мультиметром DT-830 в режиме «диод», то мы увидим совершенно исправный элемент. Можно попробовать измерить в режиме омметра его обратное сопротивление. На пределе «20кОм» обратное сопротивление определяется как бесконечно большое. Если же прибор показывает хоть какое-то сопротивление, допустим 3 кОм, то этот диод следует рассматривать как подозрительный и менять на заведомо исправный. Стопроцентную гарантию может дать полная замена диодов Шоттки по шинам питания +3,3V и +5,0V.

Где ещё в электронике используются диоды Шоттки? Их можно обнаружить в довольно экзотических приборах, таких как приёмники альфа и бета излучения, детекторах нейтронного излучения, а в последнее время на барьерных переходах Шоттки собирают панели солнечных батарей. Так, что они питают электроэнергией и космические аппараты.

Диод Шоттки — полупроводниковый диод с малым падением напряжения при прямом включении. Назван в честь немецкого физика Вальтера Шоттки. В специальной литературе часто используется более полное название — Диод с барьером Шоттки.

В диодах Шоттки в качестве барьера Шоттки используется переход металл-полупроводник, в отличие от обычных диодов, где используется p-n-переход. Переход металл-полупроводник обладает рядом особенных свойств (отличных от свойств полупроводникового p-n-перехода). К ним относятся: пониженное падение напряжения при прямом включении, высокий ток утечки, очень маленький заряд обратного восстановления. Последнее объясняется тем, что по сравнению с обычным p-n-переходом у таких диодов отсутствует диффузия, связанная с инжекцией неосновных носителей, т.е. они работают только на основных носителях, а их быстродействие определяется только барьерной ёмкостью.

Диоды Шоттки изготавливаются обычно на основе кремния (Si) или арсенида галлия (GaAs), реже — на основе германия (Ge). Выбор металла для контакта с полупроводником определяет многие параметры диода Шоттки. В первую очередь — это величина контактной разности потенциалов, образующейся на границе металл-полупроводник. При использовании диода Шоттки в качестве детектора она определяет его чувствительность, а при использовании в смесителях — необходимую мощность гетеродина. Поэтому чаще всего используются металлы Ag, Au, Pt, Pd, W, которые наносятся на полупроводник и дают величину потенциального барьера 0,2. 0,9 эВ.

Допустимое обратное напряжение выпускаемых диодов Шоттки ограничено 1200 вольтами (CSD05120 и аналоги), на практике большинство диодов Шоттки применяются в низковольтных цепях при обратном напряжении порядка единиц и нескольких десятков вольт.

Содержание

Свойства диодов Шоттки [ править | править код ]

Номенклатура диодов Шоттки [ править | править код ]

Диоды Шоттки — составные части современных дискретных полупроводниковых приборов:

  • МОП-транзисторы со встроенным обратным диодом Шоттки (впервые выпущены компанией International Rectifier под торговой маркой FETKY в 1996) — основной компонент синхронных выпрямителей. В отличие от обычного МОП-транзистора, обратный диод которого отличается высоким прямым падением напряжения и посредственными временны́ми характеристиками (так как представляет собой обычный диод на p-n переходе, образуемый областями стока и подложкой, объединённой с истоком), использование обратного диода Шоттки позволяет строить силовые синхронные выпрямители с частотой преобразования в сотни кГц и выше. Существуют приборы этого класса со встроенными драйверами затворов и устройствами управления синхронным выпрямлением.
  • Так называемые ORing [3] -диоды и ORing-сборки — силовые диоды и диодные сборки, применяемые для объединения параллельных источников питания общей нагрузки в устройствах повышенной надёжности (логическое ИЛИ по питанию). Отличаются особо низким, нормируемым прямым падением напряжения. Например, специализированный миниатюрный диод MBR140 (30 В, 1 А) при токе 100 мА имеет прямое падение напряжения не более 360 мВ при +25 °C и 300 мВ при +85 °C. ORing-диоды характеризуются относительно большой площадью p-n-перехода и низкими удельными плотностями тока.

принцип его работы, положительные и отрицательные качества

Большинство современных радиосхем использует диод Шоттки. Его действие основано на физическом эффекте, который открыл немецкий ученый Вальтер Шоттки, поэтому он и носит его имя. Этот элемент имеет много таких же параметров, как и обычные диоды, но есть у него и существенные отличия.

Принцип действия и обозначение

Если обычный полупроводниковый диод основан на свойствах p-n перехода, то принцип работы диода Шоттки основан на свойствах перехода при контакте металла и полупроводника. Такой контакт получил в физике получил название «барьер Шоттки». В качестве полупроводника чаще всего используется арсенид галлия (GaAs), а из металлов применяют в основном следующие:

  • вольфрам;
  • платину;
  • серебро;
  • золото;
  • палладий.

На радиотехнических схемах обозначение диода Шоттки похоже на обозначение обычного полупроводникового элемента, но есть заметное различие: со стороны катода, где есть небольшая перпендикулярная к основной линии черта, у нее дополнительно загибаются края в разные стороны под прямым углом или с плавным изгибом.

Иногда на принципиальных схемах затруднительно графически обозначить этот элемент, его рисуют, как обычный диод, а в спецификации дополнительно указывают тип.

Положительные и отрицательные качества

Полупроводниковый элемент Шоттки широко применяется в различных электронных и радиотехнических устройствах из-за своих положительных свойств. К ним относят следующие:

  • очень низкое падение напряжения на переходе, максимальное значение которого составляет всего 0,55 В;
  • большая скорость срабатывания;
  • малая емкость барьера (перехода), что дает возможность применять диод Шоттки в схемах с высокой частотой тока.

Но есть и несколько отрицательных свойств, которые необходимо учитывать при использовании этого радиотехнического элемента. А именно:

  • мгновенный необратимый выход из строя даже при кратковременном повышении обратного напряжения выше предельного значения;
  • возникновение теплового пробоя на обратном токе из-за выделения тепла;
  • часто встречаются утечки диодов, которые определить затруднительно.

Сфера применения и популярные модели

Полупроводниковый радиотехнический элемент Шоттки характеризуется отсутствием диффузной емкости из-за отсутствия неосновных носителей. Поэтому этот элемент в первую очередь — это СВЧ-диод широкого спектра применения. Его используют в роли следующих элементов:

  • тензодатчик;
  • приемник излучения;
  • модулятор света;
  • детектор ядерного излучения;
  • выпрямитель тока высокой частоты.

Малое падение напряжения, к сожалению, наблюдается у большинства этих элементов при рабочем напряжении в пределах 55−60 В. Если напряжение выше этого значения, то диод Шоттки имеет такие же качества, как и обычный полупроводниковый элемент на кремниевой основе. Максимум обратного напряжения обычно составляет порядка 250 В, но есть особые модели, которые выдерживают и 1200 В (например, VS-10ETS12-M3).

Из сдвоенных моделей популярной среди радиолюбителей является 60CPQ150. Этот радиоэлемент имеет максимум обратного напряжения 150 В, а каждый отдельный диод из сборки рассчитан на пропускание тока в прямом включении силой 30 А. В мощных импульсных источниках питания иногда можно встретить модель VS-400CNQ045, у которой сила тока на выходе после выпрямления достигает 400 А.

У радиолюбителей пользуются популярностью диоды Шоттки серии 1N581x. Такие образцы, как 1N5817, 1N5818, 1N5819 имеют максимальный номинальный прямой ток 1 А, а обратное напряжение у них составляет 20−40 В. Падение напряжения на барьере (переходе) в диапазоне от 0.45 до 0.55 В. Также в радиолюбительской практике встречается элемент 1N5822 с прямым током до 3 А.

На печатных платах используют миниатюрные диоды серий SK12 — SK16. Несмотря на очень небольшие размеры, они выдерживают прямой ток до 1 А, а напряжение «обратки» составляет от 20 до 60 В. Есть и более мощные диоды, например, SK36. У него прямой ток доходит до 3 А.

Диагностика возможных неисправностей

Существует всего три вида возможных неисправностей. Это пробой, обрыв и утечка. Если первые два вида можно диагностировать самостоятельно в домашних условиях с помощью обычного мультиметра, то третья неисправность в домашних условиях практически не поддается диагностике.

Для надежного определения выхода из строя диода его необходимо выпаять из схемы, иначе шунтирование через другие элементы схемы будет искажать полученные показания. При пробое элемент ведет себя как обычный проводник. При замере его сопротивления в обоих направлениях измерительный прибор будет составлять «0». При обрыве деталь вообще не пропускает электрический ток в любом направлении. Его сопротивление равно бесконечности в каждом направлении.

Косвенным признаком утечки в элементе является его нестабильная работа. Иногда может срабатывать встроенная защита в блоке питания компьютера, монитора и т. д.

Мультиметром определить утечку невозможно, так как она возникает при работе элемента, а замеры необходимо производить при его отключении от схемы.

Работа диода Шоттки и его применение

Диод Шоттки — это один из типов электронных компонентов, который также известен как барьерный диод. Он широко используется в различных приложениях, таких как смеситель, в радиочастотных приложениях и в качестве выпрямителя в энергетических приложениях. Это низковольтный диод. Падение мощности ниже по сравнению с диодами с PN переходом. Диод Шоттки назван в честь ученого Шоттки. Его также иногда называют диодом с горячими носителями, диодом с горячими электронами и даже диодом с поверхностным барьером.В этой статье рассказывается, что такое диод Шоттки, конструкция, применение, характеристики и преимущества.


Что такое диод Шоттки?

Диод Шоттки также известен как диод с горячей несущей; это полупроводниковый диод с очень быстрым переключением, но с низким прямым падением напряжения. Когда через диод протекает ток, на выводах диода возникает небольшое падение напряжения. В нормальном диоде падение напряжения составляет от 0,6 до 1,7 вольт, в то время как в диоде Шоттки падение напряжения обычно находится в диапазоне от 0.15 и 0,45 вольт. Это меньшее падение напряжения обеспечивает более высокую скорость переключения и лучшую эффективность системы. В диоде Шоттки между полупроводником и металлом образуется переход полупроводник-металл, создавая таким образом барьер Шоттки. Полупроводник N-типа действует как катод, а металлическая сторона действует как анод диода.

Диод Шоттки

Конструкция диода Шоттки

Это односторонний переход. Переход металл-полупроводник формируется на одном конце, а другой контакт металл-полупроводник формируется на другом конце.Это идеальный омический двунаправленный контакт без потенциала между металлом и полупроводником, и он не выпрямляющий. Встроенный потенциал на диоде с разомкнутой цепью с барьером Шоттки характеризует диод Шоттки.

Физическая структура диода Шоттки

Диод Шоттки является функцией падения температуры. Снижается и увеличивается температурная концентрация легирования в полупроводнике N-типа. Для производственных целей металлы диода с барьером Шоттки, такие как молибден, платина, хром, вольфрам, алюминий, золото и т. Д., используются полупроводники N-типа.

Барьерный диод Шоттки

Диод с барьером Шоттки также известен как диод Шоттки или диод с горячей несущей. Диод с барьером Шоттки — это металл-полупроводник. Переход формируется путем приведения металла в контакт с умеренно легированным полупроводниковым материалом N-типа. Диод с барьером Шоттки представляет собой однонаправленное устройство, проводящее ток только в одном направлении (обычный ток, протекающий от металла к полупроводнику)

Барьерный диод Шоттки

V-I Характеристики барьерного диода Шоттки

ВАХ диода с барьером Шоттки ниже

  • Прямое падение напряжения на диоде с барьером Шоттки очень мало по сравнению с обычным диодом с PN переходом.
  • Прямое падение напряжения составляет от 0,3 до 0,5 вольт.
  • Прямое падение напряжения на барьере Шоттки состоит из кремния.
  • Прямое падение напряжения увеличивается одновременно с увеличением концентрации легирования полупроводника N-типа.
  • ВАХ диода с барьером Шоттки очень крутые по сравнению с ВАХ нормального диода с PN переходом из-за высокой концентрации носителей тока.
Токовые компоненты в диоде Шоттки

Ток в диоде с барьером Шоттки проходит через основные носители, которые являются электронами в полупроводнике N-типа.Формула в диоде с барьером Шоттки:

I T = I Диффузия + I Туннелирование + I Термоэлектронная эмиссия

Где I Диффузия — это диффузионный ток из-за градиента концентрации и плотности диффузионного тока Дж n = D n * q * dn / dx для электронов, где D n — постоянная диффузии электронов, q — заряд электрона = 1.6 * 10 19 кулонов, dn / dx — градиент концентрации электронов.
ITunneling — это туннельный ток из-за квантово-механического туннелирования через барьер. Вероятность туннелирования увеличивается с уменьшением барьера или встроенного потенциала и уменьшением ширины обедненного слоя. Этот ток прямо пропорционален вероятности туннелирования.
I Термоэлектронная эмиссия — это ток, обусловленный током термоэлектронной эмиссии. Из-за теплового перемешивания некоторые носители имеют энергию, равную или превышающую энергию зоны проводимости для границы раздела металл-полупроводник и для тока.Это известно как ток термоэлектронной эмиссии.
Так как ток, протекающий непосредственно через диод с барьером Шоттки, проходит через основные носители заряда. Следовательно, он подходит для высокоскоростных коммутационных приложений, потому что прямое напряжение очень низкое, а время обратного восстановления очень короткое.

Применение диода Шоттки
Диоды Шоттки

используются для ограничения напряжения и предотвращения насыщения транзисторов из-за высокой плотности тока в диоде Шоттки.Кроме того, диод Шоттки отличается низким прямым падением напряжения, он теряется в меньшем количестве тепла, что делает их эффективным выбором для чувствительных и очень эффективных приложений. Поскольку диод Шоттки используется в автономных фотоэлектрических системах для предотвращения разряда батарей для солнечных панелей в ночное время, а также в системах, подключенных к сети, несколько цепочек соединяются параллельно. Диоды Шоттки также используются в качестве выпрямителей в источниках питания.

Преимущества диода Шоттки
Диоды Шоттки

используются во многих приложениях по сравнению с другими типами диодов, которые не работают должным образом.

  • Низкое напряжение включения: Напряжение включения диода составляет от 0,2 до 0,3 вольт. Для кремниевого диода оно составляет от 0,6 до 0,7 вольт у стандартного кремниевого диода.
  • Быстрое время восстановления: Быстрое время восстановления означает небольшой накопленный заряд, который можно использовать для приложений высокоскоростного переключения.
  • Низкая емкость перехода: Он занимает очень небольшую площадь после результата, полученного при точечном контакте кремния.Так как уровни емкости очень маленькие.
Характеристики диода Шоттки

Характеристики диода Шоттки в основном включают следующие

  • Повышенный КПД
  • Низкое прямое падение напряжения
  • Низкая емкость
  • Низкопрофильный корпус для поверхностного монтажа, сверхкомпактный
  • Встроенное защитное кольцо для защиты от напряжений

Итак, это все о работе диода Шоттки, его принципе работы и применениях.Мы надеемся, что вы лучше понимаете эту концепцию. Кроме того, при любых сомнениях относительно этой статьи или проектов в области электрики и электроники, пожалуйста, дайте свои ценные предложения в разделе комментариев ниже. Вот вам вопрос, какова основная функция диода Шоттки?

Фото:

Диод Шоттки или полупроводниковый диод с барьером Шоттки

Диод Шоттки — это другой тип полупроводникового диода, который может использоваться в различных приложениях для формирования волны, переключения и выпрямления так же, как и любой другой диод с переходом.Основным преимуществом является то, что прямое падение напряжения диода Шоттки существенно меньше 0,7 В у обычного кремниевого диода с pn-переходом.

Диоды Шоттки имеют множество полезных применений, от выпрямления, преобразования сигналов и коммутации до логических вентилей TTL и CMOS, в основном из-за их низкой мощности и высокой скорости переключения. Логические вентили TTL Шоттки идентифицируются буквами LS, появляющимися где-то в их коде схемы логического элемента, например 74LS00.

Диоды с PN-переходом формируются путем соединения полупроводникового материала p-типа и n-типа, что позволяет использовать его в качестве выпрямительного устройства, и мы видели, что, когда смещен в прямом направлении , область обеднения значительно уменьшается, позволяя току увеличиваться до поток через него в прямом направлении, и когда Reverse Biased область истощения увеличивается, блокируя прохождение тока.

Смещение pn-перехода с использованием внешнего напряжения для прямого или обратного смещения, соответственно, уменьшает или увеличивает сопротивление барьера перехода.Таким образом, на соотношение напряжения и тока (характеристическая кривая) типичного диода с pn-переходом влияет значение сопротивления перехода. Помните, что диод с pn-переходом является нелинейным устройством, поэтому его сопротивление постоянному току будет изменяться как с напряжением смещения, так и с током через него.

При прямом смещении проводимость через переход не начинается до тех пор, пока внешнее напряжение смещения не достигает «напряжения колена», при котором ток быстро увеличивается, а для кремниевых диодов напряжение, необходимое для возникновения прямой проводимости, составляет около 0.От 65 до 0,7 вольт, как показано.

Характеристики IV диода с PN переходом

Для практических диодов с кремниевым переходом это изгибное напряжение может составлять от 0,6 до 0,9 В в зависимости от того, как оно было легировано во время производства, и от того, является ли устройство малосигнальным диодом или выпрямительным диодом гораздо большего размера. Изгибное напряжение для стандартного германиевого диода , однако, намного ниже и составляет примерно 0,3 В, что делает его более подходящим для приложений с малыми сигналами.

Но есть другой тип выпрямительного диода, который имеет небольшое напряжение излома, а также высокую скорость переключения, называемый диодом с барьером Шоттки или просто «диодом Шоттки». Диоды Шоттки могут использоваться во многих из тех же приложений, что и обычные диоды с pn-переходом, и имеют множество различных применений, особенно в цифровой логике, возобновляемых источниках энергии и приложениях для солнечных панелей.

Диод Шоттки

В отличие от обычного диода с pn-переходом, который сформирован из куска материала P-типа и куска материала N-типа, диоды Шоттки сконструированы с использованием металлического электрода, прикрепленного к полупроводнику N-типа.Поскольку они построены с использованием металлического соединения на одной стороне их перехода и легированного кремния на другой стороне, диод Шоттки, следовательно, не имеет обедненного слоя и классифицируется как униполярные устройства в отличие от типичных диодов с pn-переходом, которые являются биполярными устройствами.

Наиболее распространенным контактным металлом, используемым для изготовления диодов Шоттки, является «силицид», который представляет собой соединение кремния и металла с высокой проводимостью. Этот силицидный контакт металл-кремний имеет достаточно низкое значение омического сопротивления, позволяя протекать большему току, создавая меньшее прямое падение напряжения примерно Vƒ <0.4В при проводке. Различные соединения металлов будут вызывать разные прямые падения напряжения, обычно от 0,3 до 0,5 вольт.

Конструкция диода Шоттки и символ

Выше показаны упрощенная конструкция и обозначение диода Шоттки, в котором слаболегированный кремниевый полупроводник n-типа соединен с металлическим электродом для образования так называемого «перехода металл-полупроводник».

Ширина и, следовательно, электрические характеристики этого перехода металл-полупроводник будут сильно зависеть от типа соединения металла и полупроводникового материала, используемого в его конструкции, но при прямом смещении электроны перемещаются из материала n-типа в металлический электрод, пропускающий ток.Таким образом, ток через диод Шоттки является результатом дрейфа основных носителей заряда.

Поскольку нет полупроводникового материала p-типа и, следовательно, нет неосновных носителей (дырок), при обратном смещении проводимость диодов прекращается очень быстро и меняется на блокировку тока, как в обычном диоде с pn-переходом. Таким образом, диод Шоттки очень быстро реагирует на изменения смещения и демонстрирует характеристики выпрямительного диода.

Как обсуждалось ранее, напряжение колена, при котором диод Шоттки включается и начинает проводить, находится на гораздо более низком уровне напряжения, чем его эквивалент pn-перехода, как показано на следующих ВАХ.

IV-характеристики диода Шоттки

Как мы видим, общая форма ВАХ металл-полупроводникового диода Шоттки очень похожа на характеристику стандартного диода с pn-переходом, за исключением того, что угловое или коленное напряжение, при котором диод с ms-переходом начинает проводить, намного ниже. около 0,4 вольт.

Из-за этого более низкого значения прямой ток кремниевого диода Шоттки может быть во много раз больше, чем у обычного диода с pn-переходом, в зависимости от используемого металлического электрода.Помните, что закон Ома говорит нам, что мощность равна вольтам, умноженным на амперы (P = V * I), поэтому меньшее прямое падение напряжения для данного тока диода, I D , приведет к меньшему рассеянию прямой мощности в виде тепла на переходе. .

Эти более низкие потери мощности делают диод Шоттки хорошим выбором для низковольтных и сильноточных приложений, таких как солнечные фотоэлектрические панели, где прямое падение напряжения (V F ) на стандартном диоде с pn-переходом приведет к чрезмерному эффект нагрева.

Однако следует отметить, что обратный ток утечки (I R ) для диода Шоттки обычно намного больше, чем для диода с pn-переходом.

Обратите внимание, однако, что если кривая ВАХ показывает более линейную характеристику без выпрямления, то это омический контакт . Омические контакты обычно используются для соединения полупроводниковых пластин и микросхем с внешними соединительными контактами или схемами системы. Например, подключение полупроводниковой пластины типичного логического элемента к контактам его пластикового двухрядного (DIL) корпуса.

Также из-за того, что диод Шоттки изготавливается с переходом металл-полупроводник, он, как правило, немного дороже, чем стандартные кремниевые диоды с pn-переходом, которые имеют аналогичные характеристики напряжения и тока. Например, серия 1N58xx Schottky на 1,0 ампер по сравнению с серией 1N400x общего назначения.

Диоды Шоттки в логических воротах

Диод Шоттки также широко используется в цифровых схемах и широко используется в цифровых логических вентилях и схемах с транзисторно-транзисторной логикой Шоттки (TTL) из-за их более высокой частотной характеристики, уменьшенного времени переключения и более низкого энергопотребления.Там, где требуется высокоскоростное переключение, очевидным выбором будет TTL на основе Шоттки.

Существуют разные версии Schottky TTL, все с разной скоростью и потребляемой мощностью. Три основных логических ряда TTL, в конструкции которых используется диод Шоттки, представлены как:

  • ТТЛ с фиксаторами на диоде Шоттки (серия S) — ТТЛ Шоттки серии «S» (74SXX) представляет собой улучшенную версию оригинального диодно-транзисторного DTL и логических элементов и схем ТТЛ серии 74 транзистор-транзистор.Диоды Шоттки размещаются поперек перехода база-коллектор переключающих транзисторов, чтобы предотвратить их насыщение и создание задержек распространения, позволяющих ускорить работу.
  • Low-Power Schottky (серия LS) — скорость переключения транзисторов, стабильность и рассеиваемая мощность TTL серии 74LSXX лучше, чем у предыдущей серии 74SXX. Помимо более высокой скорости переключения, маломощные семейство Schottky TTL потребляет меньше энергии, что делает серию 74LSXX TTL хорошим выбором для многих приложений.
  • Advanced Low-Power Schottky (серия ALS) — дополнительные улучшения в материалах, используемых для изготовления ms-переходов диодов, означают, что серия 74LSXX имеет уменьшенное время задержки распространения и намного меньшее рассеивание мощности по сравнению с сериями 74ALSXX и 74LS. Однако, поскольку это более новая технология и более сложная внутренняя конструкция, чем стандартный TTL, серия ALS немного дороже.

Транзистор Шоттки с зажимом

Все предыдущие затворы и схемы Шоттки TTL использовали транзистор с ограничениями Шоттки, чтобы предотвратить их переход в насыщение.

Как показано, транзистор Шоттки с ограничением по сути представляет собой стандартный транзистор с биполярным переходом с диодом Шоттки, подключенным параллельно через его переход база-коллектор.

Когда транзистор нормально проводит в активной области своих характеристик, переход база-коллектор имеет обратное смещение, поэтому диод имеет обратное смещение, позволяя транзистору работать как нормальный npn-транзистор. Однако, когда транзистор начинает насыщаться, диод Шоттки становится смещенным в прямом направлении и зажимает переход коллектор-база до нуля.Значение изгиба 4 вольт, предохраняющее транзистор от жесткого насыщения, поскольку любой избыточный базовый ток шунтируется через диод.

Предотвращение насыщения логических схем, переключающих транзисторы, значительно снижает время задержки их распространения, что делает схемы Шоттки TTL идеальными для использования в триггерах, генераторах и микросхемах памяти.

Обзор диодов Шоттки

Здесь мы видели, что диод Шоттки , также известный как диод с барьером Шоттки , представляет собой твердотельный полупроводниковый диод, в котором металлический электрод и полупроводник n-типа образуют ms-переход диодов, что дает ему два основных преимущества перед традиционные диоды с pn-переходом, более высокая скорость переключения и низкое напряжение прямого смещения.

Переход металл-полупроводник или ms-переход обеспечивает гораздо более низкое изгибное напряжение, обычно от 0,3 до 0,4 В по сравнению со значением от 0,6 до 0,9 В, наблюдаемым в стандартном кремниевом базовом диоде с pn-переходом при том же значении прямого тока.

Различия в металлических и полупроводниковых материалах, используемых для их конструкции, означают, что диоды Шоттки из карбида кремния (SiC) могут включаться при прямом падении напряжения всего 0,2 В, при этом диод Шоттки заменяет менее используемый германиевый диод в многие приложения, требующие низкого напряжения колена.

Диоды Шоттки

быстро становятся предпочтительными выпрямительными устройствами в низковольтных и сильноточных приложениях для использования в возобновляемых источниках энергии и солнечных панелях.

Однако, по сравнению с аналогами с pn-переходом, обратные токи утечки диодов Шоттки больше, а их обратное напряжение пробоя ниже и составляет около 50 вольт.

Более низкое напряжение включения, более быстрое время переключения и пониженное энергопотребление делают диод Шоттки чрезвычайно полезным во многих приложениях для интегральных схем, среди которых логические вентили серии 74LSXX TTL являются наиболее распространенными.

Переходы металл – полупроводник можно также заставить работать как «омические контакты», а также как выпрямительные диоды путем нанесения металлического электрода на сильно легированные (и, следовательно, с низким удельным сопротивлением) полупроводниковые области. Омические контакты проводят ток одинаково в обоих направлениях, позволяя полупроводниковым пластинам и схемам подключаться к внешним клеммам.

Барьерный диод Шоттки »Электроника

Диод Шоттки или барьерный диод Шоттки используется во многих приложениях, где необходимы низкие прямые падения напряжения.


Учебное пособие по диодам с барьером Шоттки Включает:
Диод с барьером Шоттки Технология диодов Шоттки Характеристики диода Шоттки Выпрямитель мощности на диоде Шоттки

Другие диоды: Типы диодов


Диод Шоттки или диод с барьером Шоттки используется в различных схемах.

Хотя это был один из первых когда-либо созданных типов диодов, на диод Шоттки широко распространяются судебные иски, поскольку он способен обеспечить очень низкое прямое падение напряжения.

В результате диод с барьером Шоттки используется во множестве приложений, от ВЧ-проектирования до выпрямления мощности и многих других.

Хотя наиболее широко для этого типа диодов используется название «диод Шоттки», ему также дали ряд других названий, которые могут использоваться время от времени. Эти названия включают диод с поверхностным барьером, диод с барьером Шоттки, диод с горячим носителем или даже диод с горячим электроном.

Условное обозначение диода Шоттки

Обозначение схемы диода Шоттки основано на основном обозначении схемы диода.Символ Шоттки отличается от других типов диодов добавлением двух дополнительных ножек на полосе символа.

Обозначение схемы диода с барьером Шоттки

Преимущества диода Шоттки

Диоды Шоттки

используются во многих местах, где другие типы диодов не работают. Они предлагают ряд преимуществ, которые можно использовать:

  • Низкое напряжение включения: Напряжение включения диода составляет от 0,2 до 0,3 В для кремниевого диода Шоттки, тогда как у стандартного кремниевого диода напряжение включения составляет от 0.От 6 до 0,7 вольт. Это снижает резистивные потери при использовании в качестве выпрямителя мощности и позволяет обнаруживать более низкие сигналы при использовании в качестве радиочастотного детектора.
  • Низкая емкость перехода: Ввиду очень маленькой активной площади диода Шоттки уровни емкости очень малы.
  • Быстрое время восстановления: Быстрое время восстановления из-за небольшого накопленного заряда означает, что его можно использовать для приложений высокоскоростного переключения.

Преимущества диода Шоттки означают, что его характеристики во многих областях могут намного превосходить характеристики других диодов.

VI характеристика диода Шоттки

Применение диода Шоттки

Диоды с барьером Шоттки широко используются в электронной промышленности, находя множество применений в качестве диодного выпрямителя. Его уникальные свойства позволяют использовать его в ряде приложений, где другие диоды не могут обеспечить такой же уровень производительности. В частности, он используется в таких областях, как:

Диод Шоттки или диод с барьером Шоттки используется во многих приложениях.Это необычно тем, что он используется как для обнаружения сигнала очень низкой мощности, так и для выпрямления высокой мощности. Свойства диода Шоттки позволяют использовать его на обоих концах спектра.

Диод Шоттки также используется в ряде других устройств, от фотодиодов до MESFET. Таким образом, эта форма диода не только находит применение во многих схемах в своем дискретном формате, но также является важной частью многих других компонентов и технологий.

Другие электронные компоненты: Резисторы
Конденсаторы Индукторы Кристаллы кварца Диоды Транзистор Фототранзистор Полевой транзистор Типы памяти Тиристор Разъемы Разъемы RF Клапаны / трубки Аккумуляторы Переключатели Реле
Вернуться в меню «Компоненты».. .

Диод Шоттки — определение, символ, работа и применение

Шоттки определение диода

Шоттки Диод — это диод на переходе металл-полупроводник, который имеет меньше прямое падение напряжения, чем на диоде P-N перехода, и может быть используется в приложениях с высокоскоростной коммутацией.

Что такое диод шоттки?

В нормальный п-п переходной диод p-типа полупроводник и n-тип полупроводники используются для формирования p-n соединение.Когда полупроводник p-типа соединяется с Полупроводник n-типа, между P-типом образуется переход. и полупроводник N-типа. Этот переход известен как P-N. соединение.

В диод Шоттки, металлы, такие как алюминий или платина, заменяют полупроводник P-типа. Диод Шоттки назван в честь Немецкий физик Вальтер Х. Шоттки.

Шоттки диод также известен как диод с барьером Шоттки, поверхностный барьер диод, основной носитель, диод горячих электронов или горячий несущий диод. Диоды Шоттки широко используются в радиотехнике. частотные (RF) приложения.

Когда алюминий или металлическая платина соединяется с полупроводником N-типа, Между металлом и полупроводником N-типа образуется переход.Этот переход известен как переход металл-полупроводник или М-Ю развязка. Переход металл-полупроводник, образованный между металл и полупроводник n-типа создают барьер или истощение слой, известный как барьер Шоттки.

Шоттки диод может включаться и выключаться намного быстрее, чем диод с p-n переходом. Кроме того, диод Шоттки производит меньше нежелательных шумов, чем p-n. переходной диод.Эти две характеристики шоттки диод делает его очень полезным в высокоскоростной коммутации мощности схемы.

Когда достаточный на диод Шоттки подается напряжение, ток начинает течь в прямом направлении. Из-за этого при протекании тока на клеммах возникает небольшая потеря напряжения диода Шоттки.Эта потеря напряжения известна как напряжение уронить.

А кремниевый диод имеет падение напряжения от 0,6 до 0,7 вольт, в то время как Диод Шоттки имеет падение напряжения от 0,2 до 0,3 вольт. Напряжение потеря или падение напряжения — это количество напряжения, потраченного впустую на включение на диоде.

В кремниевый диод, от 0,6 до 0,7 В тратится на включение диод, тогда как в диоде Шоттки 0.От 2 до 0,3 вольт тратится впустую включить диод. Следовательно, диод Шоттки потребляет меньшее напряжение для включения.

напряжение, необходимое для включения диода Шоттки, такое же, как и германиевого диода. Но германиевые диоды используются редко. потому что скорость переключения германиевых диодов очень мала, поскольку по сравнению с диодами Шоттки.

Символ диода Шоттки

Символ диода Шоттки показан на рисунке ниже. В диод Шоттки, металл действует как анод и n-тип полупроводник действует как катод.

Металл-полупроводник (M-S) развязка

Металл-полупроводник (M-S) соединение — это тип соединения, образованного между металлическими и полупроводник n-типа, когда металл соединен с Полупроводник n-типа.Переход металл-полупроводник также иногда его называют соединением M-S.


переход металл-полупроводник может быть непрямым или непрямым. исправление. Не выпрямляющий переход металл-полупроводник называется омическим контактом. Выпрямительный металл-полупроводник переход называется неомическим контактом.

Что такое барьер шоттки?

барьер Шоттки истощение слой, образованный на стыке металла и n-типа полупроводник.Проще говоря, барьер Шоттки — это потенциал энергетический барьер, сформированный на металл-полупроводник соединение. Электроны имеют преодолеть этот потенциальный энергетический барьер, чтобы течь через диод.

исправление переход металл-полупроводник образует выпрямляющий шоттки барьер. Этот выпрямляющий барьер Шоттки используется для создания устройство, известное как диод Шоттки.Неправильный переход металл-полупроводник образует не выпрямляющий шоттки барьер.

Один одной из важнейших характеристик барьера Шоттки является высота барьера Шоттки. Величина этой высоты барьера зависит от сочетания полупроводника и металла.

барьер Шоттки высота омического контакта (не выпрямляющий барьер) очень низкий, тогда как высота барьера Шоттки составляет неомический контакт (выпрямительный барьер) высокий.

В не исправляющий барьер Шоттки, высота барьера недостаточно высока для образовывать истощение область. Таким образом, область истощения незначительна или отсутствует в омический контактный диод.

Вкл. с другой стороны, при устранении барьера Шоттки барьер высота достаточно высока, чтобы образовать область истощения. Так что В неомическом контактном диоде присутствует обедненная область.

не выпрямляющий переход металл-полупроводник (омический контакт) предлагает очень низкое сопротивление электрическому току, тогда как выпрямление перехода металл-полупроводник обеспечивает высокое сопротивление электрическому току по сравнению с омическим контактом.

исправление барьер Шоттки образуется, когда металл находится в контакте с слаболегированный полупроводник, а не выпрямляющий барьер образуется, когда металл находится в контакте с сильно легированный полупроводник.

омический контакт имеет линейную вольт-амперную кривую (I-V), тогда как неомический контакт имеет нелинейный ток-напряжение (I-V) изгиб.

Энергия Зонная диаграмма диода Шоттки

Зонная диаграмма полупроводника N-типа и металла показано на рисунке ниже.

уровень вакуума определяется как уровень энергии электронов, которые находятся вне материала.В работа выхода определяется как энергия требуется для перемещения электрона с уровня Ферми (E F ) на уровень вакуума (E 0 ).

работа выхода различна для металла и полупроводника. В работа выхода металла больше, чем работа выхода полупроводник. Следовательно, электроны n-типа полупроводник имеют более высокую потенциальную энергию, чем электроны в металл.

энергетические уровни металла и полупроводника различны. Уровень Ферми на стороне полупроводника N-типа лежит выше металлическая сторона.

ср знайте, что электроны на более высоком уровне энергии имеют больше потенциальная энергия, чем электроны на более низком энергетическом уровне. Таким образом, электроны в полупроводнике N-типа имеют больше потенциальная энергия, чем электроны в металле.

зонная диаграмма металла и полупроводника n-типа после контакта показано на рисунке ниже.

Когда металл соединен с полупроводником n-типа, устройство создан известный как диод Шоттки. Встроенное напряжение ( В, В) для диода Шоттки дается разница в работе функции металла и полупроводника n-типа.

Как диод шоттки работает?

Беспристрастный диод шоттки

Когда в металл соединен с полупроводником n-типа, проводимость зонные электроны (свободные электроны) в полупроводнике n-типа перейдет от полупроводника n-типа к металлу, чтобы установить состояние равновесия.

ср знаю, что когда нейтральный атом теряет электрон, он становится положительным ионом аналогично когда нейтральный атом получает дополнительный электрон, он становится отрицательный ион.

проводимость зонные электроны или свободные электроны, которые пересекают переход, обеспечат лишние электроны к атомам в металле. В результате атомы в металлическом переходе получают дополнительные электроны, и атомы на n-стороннем переходе теряют электроны.

атомы, теряющие электроны на n-стороннем переходе, станут положительные ионы, тогда как атомы, которые получают дополнительные электроны при металлический переход станет отрицательными ионами.Таким образом, положительный ионы создаются n-сторонним переходом, а отрицательные ионы создается на стыке металла. Эти положительные и отрицательные ионы — это не что иное, как область истощения.

С в металле есть море свободных электронов, ширина которого эти электроны движутся в металл, пренебрежимо тонкий, поскольку по сравнению с шириной внутри полупроводника n-типа.Так что в первую очередь присутствует встроенный потенциал или встроенное напряжение внутри полупроводника n-типа. Встроенное напряжение — это барьер, видимый электронами зоны проводимости n-типа полупроводник при попытке продвинуться в металл.

Кому преодолевая этот барьер, свободным электронам нужна энергия большей чем встроенное напряжение. В несмещенном диоде Шоттки только небольшое количество электронов будет вытекать из полупроводника n-типа к металлу.Встроенное напряжение предотвращает дальнейший поток электронов. из зоны проводимости полупроводника в металл.

перенос свободных электронов из полупроводника n-типа в металл приводит к изгибу энергетических зон вблизи контакта.

Нападающий смещенный диод Шоттки

Если положительный полюс батареи соединен с металлом а отрицательная клемма аккумулятора подключена к полупроводник n-типа, диод Шоттки называется прямым пристрастный.

Когда к диоду Шоттки приложено напряжение прямого смещения, большое количество свободных электронов генерируется в n-типе полупроводник и металл. Однако свободные электроны в n-типе полупроводник и металл не могут пересекать переход, если приложенное напряжение больше 0,2 вольт.

Если приложенное напряжение больше 0.2 вольта, бесплатно электроны получают достаточно энергии и преодолевают встроенное напряжение области истощения. Как результат, электрический ток начинает течь через диод Шоттки.

Если приложенное напряжение постоянно увеличивается, истощение область становится очень тонкой и окончательно исчезает.

Реверс диод Шоттки смещения

Если отрицательная клемма АКБ подключается к металлу а положительный полюс батареи подключен к полупроводник n-типа, диод Шоттки называется обратным пристрастный.

Когда к диоду Шоттки приложено напряжение обратного смещения, ширина истощения увеличивается. В результате электрический ток перестает течь. Однако протекает небольшой ток утечки из-за термически возбужденные электроны в металле.

Если напряжение обратного смещения постоянно увеличивается, электрический ток постепенно увеличивается из-за слабого барьера.

Если напряжение обратного смещения значительно увеличивается, внезапное повышение в электрическом токе имеет место. Этот внезапный рост электрического ток вызывает разрушение области истощения, что может безвозвратно повредить устройство.

V-I характеристики диода шоттки

V-I (вольт-амперная) характеристика диода Шоттки составляет показано на рисунке ниже.Вертикальная линия внизу на рисунке показан ток в диоде Шоттки, а горизонтальная линия представляет напряжение, приложенное к диод шоттки.

Вольт-амперные характеристики диода Шоттки практически аналогичны характеристикам диода Шоттки. P-N переходной диод. Однако прямое падение напряжения диод Шоттки очень низкий по сравнению с P-N переходом диод.

прямое падение напряжения на диоде Шоттки от 0,2 до 0,3 вольт тогда как прямое падение напряжения кремниевого диода P-N перехода составляет от 0,6 до 0,7 вольт.

Если напряжение прямого смещения больше 0,2 или 0,3 вольт, электрический ток начинает течь через диод Шоттки.

В диод Шоттки, обратный ток насыщения возникает при очень низкое напряжение по сравнению с кремниевым диодом.

Разница между диодом Шоттки и диодом P-N перехода

основное различие между диодом Шоттки и диодом с p-n переходом выглядит следующим образом:

В диод Шоттки, свободные электроны несут большую часть электрического Текущий. Отверстия пропускают незначительный электрический ток. Так шоттки диод — устройство униполярное.В диоде P-N перехода оба свободны электроны и дырки переносят электрический ток. Итак, диод с P-N переходом — это биполярный аппарат.

Напряжение обратного пробоя диода Шоттки очень мало, так как по сравнению с диодом с p-n переходом.

В диод Шоттки, обедненная область отсутствует или незначительна, тогда как в диоде с p-n переходом присутствует обедненная область.

напряжение включения диода Шоттки очень низкое по сравнению с к диоду p-n перехода.

В диод Шоттки, электроны являются основными носителями в обоих металл и полупроводник. В диоде с P-N переходом электроны большинство носителей в n-области и дырки составляют большинство носители в p-области.

Преимущества диода Шоттки

ср знаю, что емкость это способность хранить электрический заряд.В P-N переходный диод, обедненная область состоит из сохраненных обвинения. Значит, существует емкость. Эта емкость равна присутствует на стыке диода. Так он известен как емкость перехода.

В диод Шоттки, накопленные заряды или область истощения незначительный. Таким образом, диод Шоттки имеет очень низкую емкость.

  • Быстрая перемотка назад время восстановления

время, необходимое диоду, чтобы переключиться из включенного состояния в Состояние ВЫКЛ называется временем обратного восстановления.

В для переключения из состояния ВКЛ (проводимость) в состояние ВЫКЛ (непроводящее) состояние, накопленные заряды в истощении область должна быть сначала разряжена или удалена до диода переключить в состояние ВЫКЛ. (непроводящее).

Диод P-N перехода не сразу переключается из включенного состояния в Состояние ВЫКЛ, потому что для разрядки или удаления требуется некоторое время. хранимые заряды в области истощения.Однако в шоттки диод, обедненная область незначительна. Итак, шоттки диод немедленно переключится из состояния ВКЛ в состояние ВЫКЛ.

ср знайте, что область истощения незначительна в Шоттки диод. Таким образом, приложения небольшого напряжения достаточно для получения большого напряжения. Текущий.

  • Низкий вперед падение напряжения или низкое напряжение включения

напряжение включения для диода Шоттки очень мало по сравнению к диоду P-N перехода.Напряжение включения для шоттки диод составляет от 0,2 до 0,3 вольт, тогда как для диода с P-N переходом От 0,6 до 0,7 вольт. Таким образом, достаточно приложить небольшое напряжение, чтобы производят электрический ток в диоде Шоттки.

  • Высокая эффективность
  • Шоттки диоды работают на высоких частотах.
  • Шоттки диод производит меньше нежелательных шумов, чем диод с прямым переходом.

Недостатки из диод шоттки

  • Большой обратный ток насыщения

Шоттки диод производит больший обратный ток насыщения, чем p-n переходной диод.

Приложения диодов Шоттки

  • Шоттки диоды используются как выпрямители общего назначения.
  • Шоттки диоды используются в радиочастотных (RF) приложениях.
  • Шоттки диоды широко используются в источниках питания.
  • Шоттки диоды используются для обнаружения сигналов.
  • Шоттки диоды используются в логических схемах.

Типы диодов

различные типы диодов следующие:

  1. стабилитрон диод
  2. Лавинный диод
  3. Фотодиод
  4. Свет Излучающий диод
  5. Лазер диод
  6. Туннель диод
  7. Шоттки диод
  8. Варактор диод
  9. P-N переходной диод

Диод Шоттки — работа, характеристики, применение

Что такое диод Шоттки?

Диод Шоттки — это устройство, которое относится к типу диодов с переходом металл-полупроводник.Барьерный диод и низковольтные диоды — это другие названия диодов Шоттки. По сравнению с диодом с PN переходом падение мощности в диоде Шоттки меньше. Ученый по имени Уолтер Шоттки первым открыл диод Шоттки.

Как правило, в устройстве с PN-переходом, когда положительный тип (p-тип) и отрицательный тип (n-тип) соединяются вместе, они образуют PN-переход. Однако в диоде Шоттки вместо полупроводников P-типа используются такие материалы, как алюминий или платина.

Символ диода Шоттки

На следующем изображении показан символ диода Шоттки.

Работа диода Шоттки

Наиболее важным физическим параметром этого диода Шоттки является их высокая скорость переключения и меньшее прямое падение напряжения. Это переход металл-полупроводник, который не способен накапливать заряды на стыке. Причина этого в отсутствии истощенного слоя.

Обычно падение напряжения происходит на выводах диода, когда через диод протекает ток. Падение напряжения на диоде Шоттки обычно находится в пределах 0.15 и 0,45 вольт по сравнению с обычным диодом. Нормальный диод с PN переходом имеет падение напряжения от 0,6 до 1,7 вольт. Для повышения эффективности и производительности падение напряжения должно быть низким. При изготовлении диода полупроводник N-типа действует как катод, а металлическая сторона действует как анод диода.

Когда на диод подается напряжение, ток течет в прямом направлении. Когда этот ток протекает через диод, на выводах диода будет минимальная потеря напряжения.Эта потеря напряжения называется падением напряжения.

Конструкция диода Шоттки

Изготовлен из металла и полупроводника, образующих односторонний переход. Используется немного металлов, таких как золото, серебро, молибден, вольфрам или платина. Обычно используется полупроводник N-типа, в состав которого входит галлий. Кремний используется для работы на низких частотах.

Диод Шоттки напрямую связан с понижением температуры. В полупроводниках N-типа происходит уменьшение и увеличение температурной концентрации легирования.Между переходами полупроводники-металл образуется обедненный слой, известный как барьер Шоттки.

Этот барьер называется барьером потенциальной энергии. Барьеры Шоттки двух типов: выпрямляющие и непрямые. Когда металл и слаболегированный полупроводник встречаются друг с другом, образуется барьер Шоттки. Последовательно, когда металл сталкивается с сильно легированным полупроводником, он образует непрямой барьер. Ширина обедненного слоя увеличивается с увеличением легирования полупроводника.В то же время при уменьшении ширины носители заряда проходят через туннель и достигают обедненного слоя. Когда уровень легирования увеличивается, переход не действует как выпрямитель, а становится омическим контактом.

В несмещенном состоянии электроны, накопленные на стороне полупроводника, будут иметь более низкий уровень энергии, чем электроны, присутствующие в металлической области. По этой причине электроны не могут проходить через барьер Шоттки. В условиях прямого смещения электрон, присутствующий на N-стороне, получает больше энергии, чтобы пересечь барьер перехода и войти в металл.Из-за этого электроны еще называют горячими носителями. Следовательно, диод называется диодом с горячей несущей.

Диод Шоттки можно представить в виде эквивалентной электрической схемы с типичными значениями компонентов, показанными ниже.

Указанная выше схема свернута, как показано ниже. Эта приближенная схема используется во многих приложениях.

Особенности диода Шоттки

  • Из-за отсутствия тока от металла к полупроводнику N-типа он действует как униполярный прибор.В то время как диод с PN-переходом является биполярным устройством.
  • В металле нет дырок, не накапливает заряд. По этой причине диод Шоттки имеет преимущество быстрого переключения с относительно низким уровнем шума.
  • Имеет низкий барьерный потенциал по сравнению с PN-диодом.

Работа диода Шоттки

Несмещенный диод Шоттки

Свободные электроны, присутствующие внутри полупроводника n — типа, будут перемещаться из полупроводника n — типа в металл во время комбинации металла и полупроводника n — типа.Это приводит к достижению состояния равновесия. Когда свободные электроны перемещаются через соединение, они предоставляют дополнительный электрон атомам, присутствующим в атоме.

Благодаря этому атомы, присутствующие в металлическом переходе, получают дополнительный электрон. Атомы на переходе с отрицательной стороны теряют электроны и становятся положительными ионами. На стыке металла атомы получают дополнительные электроны и пытаются стать отрицательными ионами.

Следовательно, это приведет к образованию положительных ионов на отрицательной стороне и отрицательных ионов на положительной стороне металлического перехода.Когда эти положительные и отрицательные ионы объединяются, образуется область истощения. В несмещенном диоде Шоттки только меньшее количество электронов будет течь от полупроводника к металлу. Другой поток электронов останавливается из-за встроенного напряжения.

Диод Шоттки с прямым смещением

В полупроводнике n-типа, когда положительная клемма батареи соединена с металлом, а отрицательная клемма соединена с проводом n-типа, он называется диодом Шоттки с прямым смещением. Когда на диод подается напряжение прямого смещения, в металле и проводнике образуется больше электронов.

При приложении напряжения более 0,2 В свободные электроны не могут проходить через барьер перехода. Благодаря этому через диод будет течь ток. При увеличении значения напряжения область истощения становится тонкой и исчезает.

Диод Шоттки с обратным смещением

В полупроводнике n-типа, если отрицательная клемма батареи соединена с металлом, а положительная клемма — с проводом n-типа, это называется диодом Шоттки с обратным смещением.В то же время, если приложено обратное напряжение смещения, ширина обедненной области увеличивается.

Следовательно, текущий поток останавливается. В металлической пластине будет больше возбужденных электронов. Из-за этого будет протекать небольшой ток утечки. Когда обратное смещенное напряжение увеличивается дальше, ток также увеличивается из-за слабого барьера. Когда имеет место ненормальное увеличение напряжения смещения, электрический ток также внезапно увеличивается. Устройство будет повреждено, когда выйдет из строя область истощения.

Вольт-амперные характеристики диода с барьером Шоттки

Вольт-амперные характеристики диода Шоттки показаны на рисунке ниже. Вдоль графика вертикальная линия обозначает ток, а горизонтальная линия обозначает напряжение, приложенное к диоду Шоттки. Вольт-амперные характеристики диода Шоттки практически аналогичны характеристикам диода с P-N переходом.

Тем не менее, прямое падение напряжения диода Шоттки очень мало по сравнению с диодом с P-N переходом.Прямое падение напряжения составляет от 0,3 до 0,5 вольт. Барьер прямого падения напряжения выполнен из кремния. Прямое падение напряжения пропорционально концентрации легирования полупроводника N-типа. Из-за высокой концентрации носителей тока ВАХ диода Шоттки более крутая.

Применение диода Шоттки

Диоды Шоттки используются в электронной промышленности для многих применений в диодных выпрямителях из-за своих свойств. Они используются для ограничения напряжения, чтобы предотвратить насыщение транзистора.Он используется как TTL Шоттки в цифровых устройствах, поскольку эти устройства требуют быстрого переключения. поскольку производительность цифровых компьютеров определяется скоростью переключения диодов, диод Шоттки является важным компонентом цифровых компьютеров.

Диоды Шоттки: старые хороши, новые лучше

Компании начинают осознавать потенциал новых рынков и возможности получения дохода, поскольку они исследуют более комплексную модель «кремний для обслуживания», которая охватывает центр обработки данных до подвижный край.В частности, с сокращением ASP (средние цены продажи) и все более непомерно высокими затратами на проектирование на все более низких узлах многие компании ищут новые потоки доходов в широком диапазоне вертикалей, включая Интернет вещей (IoT).

Однако с учетом того, что количество установок Интернета вещей, как ожидается, будет увеличиваться примерно на 15–20% ежегодно до 2020 года, безопасность в настоящее время воспринимается как серьезная возможность, так и серьезная проблема для полупроводниковой промышленности.

Помимо услуг, концепция оборудования с открытым исходным кодом (OSH) и создание микросхем из разукрупненных, предварительно проверенных чиплетов начинает набирать обороты по мере того, как компании сокращают расходы и сокращают время вывода на рынок гетерогенных конструкций.

Конкретные стратегии раскрытия всего потенциала кремния и услуг, несомненно, будут различаться, поэтому для нас важно исследовать будущее, в котором полупроводниковые компании, а также различные отрасли, организации и правительственные учреждения будут играть открытую и совместную роль в помогая устойчиво монетизировать как микросхемы, так и услуги.

В 2016 и 2017 годах продолжались быстрые приобретения и консолидация отрасли:

  • Компания Analog Devices приобрела Linear Technology
  • Infineon приобрела International Rectifier
  • Компания ROHM приобрела Powervation
  • .
  • Renesas приобрела Intersil

Крупные производители полупроводников позиционируют себя, чтобы лучше конкурировать в нескольких вертикалях, включая облачные вычисления, искусственный интеллект (AI) и беспилотные автомобили.Согласно KPMG, многие компании все чаще рассматривают слияния и поглощения (M&A) как единственный способ стимулировать рост реальной выручки, делая новый акцент на вопросе «производить или покупать», при этом многие выбирают ответ «покупать».

В то же время расходы на разработку микросхем продолжали расти и существенно влияли на количество разработок в усовершенствованных узлах. В частности, общее количество запусков SoC с расширенной производительностью многоядерных процессоров в первый раз практически не изменилось и выросло лишь незначительно за последние пять лет.Хотя цены на дизайн неуклонно растут с 40 нм, аналитиков больше всего беспокоит увеличение стоимости дизайна на 7 и 5 нм.

Рич Вавжиняк, старший аналитик Semico Research, подтверждает, что начало проектирования, превышающее 10 нм, будет сдерживаться ростом затрат на разработку. Хотя общее количество проектов, которые переносятся на новые узлы, может не сильно отличаться от предыдущих обновлений геометрии процесса, Вавжиняк говорит, что сроки для таких переходов большинством компаний будут более продолжительными.

Совершенно очевидно, что необходимы новые модели как для НИОКР, так и для доходов, поскольку усиление консолидации отрасли и ослабление АСП в долгосрочной перспективе невозможно. Именно поэтому отрасль стремится к Интернету вещей для создания дополнительных потоков доходов, и аналитики McKinsey Global Institute (MGI) оценивают, что IoT может иметь ежегодный экономический эффект от 3,9 до 11,1 триллиона долларов к 2025 году по нескольким вертикалям. Однако с учетом того, что количество установок Интернета вещей, как ожидается, будет увеличиваться примерно на 15–20% ежегодно до 2020 года, безопасность считается как серьезной возможностью, так и проблемой для полупроводниковых компаний.

Таким образом, MGI рекомендует создавать решения безопасности, которые позволяют компаниям, производящим полупроводники, расширяться в смежные области бизнеса и разрабатывать новые бизнес-модели. Например, компании могут помочь в создании предложений по обеспечению сквозной безопасности, которые необходимы для успеха Интернета вещей. В идеале, по мнению MGI, отрасль должна играть ведущую роль при разработке таких предложений, чтобы гарантировать, что они получат свою справедливую долю в цепочке создания стоимости.

С нашей точки зрения, решения для сквозной безопасности Интернета вещей, развернутые как платформа как услуга (PaaS), имеют решающее значение для помощи полупроводниковым компаниям в получении возобновляемых доходов от реализации конкретных услуг.Для клиентов PaaS предлагает простой способ безопасной разработки, запуска и управления приложениями и устройствами без сложностей, связанных с построением и обслуживанием сложной инфраструктуры.

Такие решения безопасности, которые также могут использовать аппаратный корень доверия, должны поддерживать идентификацию устройства и взаимную аутентификацию (верификацию), стандартные проверки аттестации, безопасные обновления устройств по беспроводной сети (OTA), аварийное восстановление и ключ управление, а также вывод из эксплуатации и переназначение ключей для лучшего управления устройствами и смягчения различных атак, включая распределенный отказ в обслуживании (DDoS).

Умные города

Недоступные микросхемы — такие как микросхемы, встроенные в инфраструктуру интеллектуального города Интернета вещей — могут предложить полупроводниковым компаниям возможность реализовать долгосрочную модель PaaS «кремний для обслуживания». Действительно, будущая инфраструктура умного города почти наверняка будет спроектирована с использованием микросхем в труднодоступных местах, включая подземные водопроводные трубы, воздуховоды для кондиционирования воздуха, а также под улицами и на парковках.

Интеллектуальное уличное освещение, гибкие вывески и Bluetooth-маяки нового поколения также требуют перспективных решений, чтобы избежать постоянного физического обслуживания и обновлений.Следовательно, микросхема, обеспечивающая питание инфраструктуры умного города, должна поддерживать безопасную конфигурацию функций в полевых условиях, а также различные услуги на основе PaaS, такие как расширенная аналитика, предупреждения о профилактическом обслуживании, алгоритмы самообучения и интеллектуальное проактивное взаимодействие с клиентами.

Умные дома

Прогнозируется, что к 2020 году глобальный рынок умного дома достигнет стоимости не менее 40 миллиардов долларов. По данным Markets and Markets, рост пространства умного дома можно объяснить множеством факторов, в том числе значительными достижениями в секторе Интернета вещей; возрастающие требования к удобству, безопасности и защищенности потребителей; более выраженная потребность в энергосберегающих решениях с низким уровнем выбросов углерода.Однако, как мы уже обсуждали ранее, крайне важно обеспечить реализацию безопасности Интернета вещей на этапе проектирования продукта, чтобы предотвратить использование злоумышленниками устройств умного дома и прерывание обслуживания.

В дополнение к потенциально прибыльным возможностям кибербезопасности для полупроводниковых компаний, устройства умного дома обещают создать повторяющиеся потоки доходов для поддержки устойчивой модели «кремний для обслуживания». В качестве примера Кристопер Дин из MarketingInsider выделяет популярные устройства Echo от Amazon.Поскольку уже продано не менее 15 миллионов Echo, пользователи Echo, скорее всего, станут активными потребителями Amazon, используя устройство для отслеживания списков желаний и поиска товаров, которые им впоследствии предлагается купить. Между тем, Nest использует данные термостата в качестве платформы для предложения услуг по управлению энергопотреблением коммунальным компаниям в Соединенных Штатах, при этом компании платят за значимую и действенную информацию о клиентах по подписке.

Автомобильная промышленность

Согласно IC Insights, в период с 2016 по 2021 год продажи микросхем для автомобильных систем и Интернета вещей будут расти на 70% быстрее, чем общие доходы от IC.В частности, продажи интегральных схем для автомобилей и других транспортных средств, по прогнозам, вырастут с 22,9 млрд долларов в 2016 году до 42,9 млрд долларов в 2021 году, а доходы от функциональности Интернета вещей увеличатся с 18,4 млрд долларов в 2016 году до 34,2 млрд долларов в 2021 году.

Прогнозируемый рост продаж автомобильных микросхем неудивителен, поскольку современные автомобили, по сути, представляют собой сеть сетей, оснащенных рядом встроенных методов и возможностей связи. Однако это означает, что автомобили теперь более уязвимы для кибератак, чем когда-либо прежде.

Потенциальные уязвимости системы безопасности включают незащищенную связь между транспортными средствами, несанкционированный сбор информации о водителе или пассажирах, захват контроля над критически важными системами, такими как тормоза или акселераторы, перехват данных транспортного средства, вмешательство в работу сторонних ключей и изменение избыточного кода. обновления прошивки по воздуху (OTA). Что касается последнего, производители автомобилей сейчас сосредоточены на предоставлении безопасных OTA-обновлений для различных систем, при этом глобальный рынок автомобильных OTA-обновлений, по прогнозам, будет расти со среднегодовым темпом роста 18.2% с 2017 по 2022 год и достигнет 3,89 миллиарда долларов к 2022 году.

Производители автомобилей также работают над тем, чтобы в цепочке поставок транспортных средств не было украденных и контрафактных компонентов. Тем не менее, широкий спектр устройств с серого рынка все еще можно найти для питания дорогостоящих модулей, таких как бортовые информационно-развлекательные системы и фары, а также в критически важных системах безопасности, включая модули подушек безопасности, тормозные модули и органы управления трансмиссией. Таким образом, защита периферийных устройств и компонентов транспортных средств от несанкционированного доступа путем внедрения ряда многоуровневых аппаратных и программных решений безопасности стала приоритетной задачей для ряда производителей автомобилей.

Помимо внедрения многоуровневых решений безопасности, полупроводниковая промышленность явно выиграет от внедрения подхода IoT «как услуга» в автомобильном секторе. Например, компании могут развернуть сенсорные автомобильные системы, которые заблаговременно обнаруживают потенциальные проблемы и неисправности. Это решение, которое в наиболее оптимальной конфигурации сочетает в себе микросхемы и услуги, может быть продано как аппаратный и программный продукт или развернуто как услуга с ежемесячной или ежегодной абонентской платой.

Медицина и здравоохранение

Имплантированные медицинские устройства с длительным сроком службы, несомненно, потребуют от полупроводниковой промышленности высокой степени готовности к будущему, чтобы избежать частых физических обновлений и технического обслуживания. Срихари Яманур, специалист по дизайну в области исследований и разработок в Stellartech Research Corp., отмечает, что медицинские устройства в конечном итоге будут адаптированы для удовлетворения потребностей отдельных пациентов, что приведет к расширению применения точной медицины.

Кроме того, ожидается, что отрасль медицинского страхования будет использовать машинное обучение для оптимизации и снижения стоимости медицинского обслуживания, в то время как цифровые медицинские устройства также будут использоваться страховой отраслью для выявления пациентов из группы риска и оказания помощи.Поэтому медицинские устройства, особенно имплантируемые модели, должны быть спроектированы таким образом, чтобы поддерживать «модель перехода от кремния к услугам» через конфигурацию функций в полевых условиях и безопасные обновления OTA, а также услуги на основе PaaS, включая сбор и анализ соответствующих данных; проактивное обслуживание, продвинутые алгоритмы; и интуитивно понятный интерфейс как для пациентов, так и для врачей.

Аппаратное обеспечение с открытым исходным кодом и дезагрегированные чиплеты

Наряду с услугами, оборудование с открытым исходным кодом, предлагаемое такими организациями и компаниями, как RISC-V и SiFive, начало положительно влиять на индустрию полупроводников, поощряя инновации, сокращая затраты на разработку и ускоряя время вывода продукта на рынок.

Успех программного обеспечения с открытым исходным кодом — в отличие от закрытого, огороженного сада — продолжает создавать важный прецедент для полупроводниковой промышленности. Столкнувшись с непомерно высокими затратами на разработку, ряд компаний предпочитают избегать ненужных сборщиков дорожных сборов, уделяя больше внимания архитектуре с открытым исходным кодом, поскольку они работают над созданием новых потоков доходов, ориентированных на услуги.

Помимо аппаратного обеспечения с открытым исходным кодом, концепция построения кремния из предварительно проверенных чиплетов начинает набирать обороты, поскольку полупроводниковая промышленность движется к сокращению затрат и сокращению времени вывода на рынок гетерогенных конструкций.По словам Энн Стефора Мутчлер из Semiconductor Engineering, концепция чиплета некоторое время находилась в стадии разработки, хотя исторически она воспринималась как потенциальное направление будущего, а не реальное решение в тени убывающего закона Мура. Это восприятие начинает меняться по мере увеличения сложности конструкции, особенно в усовершенствованных узлах (10/7 нм), а также по мере объединения новых рынков, требующих частично настраиваемых решений.

Концепция предварительно проверенных чиплетов вызвала интерес U.Агентство перспективных исследовательских проектов S. Defense (DARPA), которое недавно развернуло свою программу общей гетерогенной интеграции и стратегий повторного использования IP (CHIPS). В сотрудничестве с полупроводниковой промышленностью успешная реализация CHIPS позволила бы увидеть ряд IP-блоков, подсистем и микросхем, объединенных на переходнике в корпусе, подобном 2.5D.

Инициатива CHIPS заняла центральное место в августе 2017 года, когда участники из военного, коммерческого и академического секторов собрались в штаб-квартире DARPA на официальном стартовом совещании по программе Агентства по стратегии общей гетерогенной интеграции и повторного использования интеллектуальной собственности (ИС).

Как сообщил на конференции д-р Дэниел Грин из DARPA, программа направлена ​​на разработку новой технологической структуры, в которой различные функции и блоки интеллектуальной собственности, в том числе хранение данных, вычисления, обработка сигналов, а также управление формой и потоком данных — можно разделить на небольшие чиплеты. Затем их можно смешивать, сопоставлять и комбинировать на промежуточном элементе, что-то вроде соединения частей головоломки. Фактически, говорит Грин, вся обычная печатная плата с множеством различных, но полноразмерных микросхем в конечном итоге может быть уменьшена до гораздо меньшего промежуточного устройства, содержащего кучу гораздо меньших микросхем.

Согласно DARPA, конкретные технологии, которые могут возникнуть в результате инициативы CHIPS, включают компактную замену целых печатных плат, сверхширокополосные радиочастотные (РЧ) системы и системы быстрого обучения для извлечения интересной и действенной информации из гораздо больших объемов обычных данных. .

Возможно, неудивительно, что полупроводниковая промышленность уже рассматривает дезагрегированный подход в виде микросхем SerDes и специализированных маломощных интерфейсов «кристалл-кристалл» для конкретных приложений.Безусловно, жизнеспособное разделение кремниевых компонентов может быть достигнуто путем перемещения высокоскоростных интерфейсов, таких как SerDes, на отдельные кристаллы в виде чиплетов SerDes, смещения IP аналогового датчика на отдельные аналоговые микросхемы и реализации перехода кристалла с очень низким энергопотреблением и малой задержкой. die интерфейсы через MCM или через переходник с использованием технологии 2.5D.

Помимо использования заведомо исправной матрицы для SerD в более зрелых узлах (N-1) или наоборот, ожидается, что дезагрегация упростит создание нескольких SKU при оптимизации затрат и снижении риска.Точнее, дезагрегирование приведет к разбивке SoC на более высокопроизводительные и меньшие матрицы и позволит компаниям создавать определенные конструкции с несколькими вариантами. Действительно, интерфейсы «от кристалла к кристаллу» могут более легко адаптироваться к различным приложениям, связанным с памятью, логикой и аналоговыми технологиями. Кроме того, для интерфейсов «от кристалла к кристаллу» не требуется согласованной скорости линии / передачи и количества полос, в то время как FEC может потребоваться, а может и не потребоваться в зависимости от требований к задержке.

Следует отметить, что несколько компаний активно занимаются агрегацией SoC / ASIC для коммутаторов и других систем.Точно так же полупроводниковая промышленность разрабатывает ASIC с интерфейсами «кристалл-кристалл» на ведущих узлах FinFET, в то время как по крайней мере один серверный чип следующего поколения разрабатывается с дезагрегированным вводом-выводом на отдельном кристалле.

Заключение

За последние пять лет полупроводниковая промышленность столкнулась с множеством сложных проблем. К ним относятся увеличение затрат на разработку, размытие ASP, насыщение рынка и повышенная, но неустойчивая деятельность по слияниям и поглощениям. В течение 2018 года полупроводниковая промышленность продолжает стремиться к возвращению к стабильности и органическому росту в рамках параметров новой бизнес-парадигмы, одновременно жизнеспособной и основанной на сотрудничестве.В этом контексте компании, производящие полупроводники, осознают потенциал новых рынков и возможности получения дохода в дальнейшем, поскольку они исследуют более комплексную модель «кремний для обслуживания», которая охватывает центр обработки данных и мобильную периферию.

Сюда входят решения для сквозной безопасности IoT и услуги на основе PaaS, такие как конфигурация функций на месте, расширенная аналитика, предупреждения о профилактическом обслуживании, алгоритмы самообучения и интеллектуальное упреждающее взаимодействие с клиентами. Помимо услуг, концепция аппаратного обеспечения с открытым исходным кодом и построения микросхем из разукрупненных, предварительно проверенных чиплетов начинает набирать обороты, поскольку компании переходят к сокращению затрат и сокращению времени вывода на рынок гетерогенных конструкций.

Конкретные стратегии раскрытия полного потенциала полупроводников, несомненно, будут различаться, поэтому для нас важно изучить будущее, в котором отрасль, наряду с различными исследовательскими организациями и государственными учреждениями, будет играть открытую и совместную роль в содействии устойчивой монетизации и кремний, и сервисы.

Для получения дополнительной информации по этой теме посетите сайт Rambus.

Шрикант Лохокаре, доктор философии, является вице-президентом и исполнительным директором Global Semiconductor Alliance в Северной Америке.

Диоды Шоттки: принцип, функции и применение

Диоды Шоттки — это металл-полупроводниковые устройства, изготовленные из драгоценных металлов (золота, серебра, алюминия, платины и т. Д.) A в качестве положительного электрода и полупроводника N-типа B в качестве отрицательный электрод. Диоды Шоттки обладают однонаправленной проводимостью и могут преобразовывать переменные токи в импульсные постоянные токи в одном направлении.

Диоды Шоттки названы в честь их изобретателя, доктора философии.Шоттки, а SBD — сокращение от диода с барьером Шоттки. SBD не создаются с использованием принципа формирования PN-перехода между полупроводником P-типа и полупроводником N-типа, а производятся с использованием принципа металл-полупроводник, образованного контактом между металлом и полупроводником. Поэтому SBD также называют диодом металл-полупроводник или диодом с поверхностным барьером, который является разновидностью диода с горячими носителями.

Диоды Шоттки — это металл-полупроводниковые приборы из драгоценных металлов (золота, серебра, алюминия, платины и др.)) A как положительный электрод и полупроводник N-типа B как отрицательный электрод. Диоды Шоттки обладают однонаправленной проводимостью и могут преобразовывать переменные токи в импульсные постоянные токи в одном направлении. Используя характеристики переключения диодов Шоттки, можно составлять различные логические схемы. Диод Шоттки может ограничивать амплитуду сигнала до необходимого диапазона, предотвращая обратный пробой. Диоды Шоттки используют свою однонаправленную проводимость для извлечения низкочастотных или звуковых сигналов из высокочастотных или промежуточных радиосигналов.Его можно использовать в высокочастотных цепях для автоматической настройки, частотной модуляции и коррекции. Например, в телевизорах диод Шоттки используется в контуре настройки приемника в качестве переменного конденсатора. Диоды Шоттки могут использоваться как вентили И или ИЛИ, а также могут применяться в двойных источниках питания.

Каталог

I Принцип работы диодов Шоттки

Диоды Шоттки — это металл-полупроводниковые приборы из драгоценных металлов (золота, серебра, алюминия, платины и т. Д.)) A как положительный электрод, полупроводник N-типа B как отрицательный электрод. И потенциальный барьер, образованный на контактной поверхности двух, имеет выпрямляющие характеристики. Поскольку в полупроводнике N-типа имеется большое количество электронов, а в драгоценном металле имеется лишь небольшое количество свободных электронов, электроны диффундируют от высокой концентрации B к низкой концентрации A. Очевидно, что дырок нет. в металле A, поэтому нет диффузионного движения отверстий из A в B.Поскольку электроны продолжают диффундировать от B к A, концентрация электронов на поверхности B постепенно уменьшается. И нейтральность поверхности нарушается, поэтому образуется потенциальный барьер, и направление его электрического поля B & rarr; A. Однако под действием этого электрического поля электроны в A также будут дрейфовать от A & rarr; B, тем самым ослабляя электрическое поле, образованное диффузионным движением. После установления области пространственного заряда определенной ширины дрейфовое движение электронов, вызванное электрическим полем, и диффузионное движение электронов, вызванное различными концентрациями, достигают относительного равновесия, образуя барьер Шоттки.

Структура внутренней схемы типичного выпрямителя Шоттки основана на полупроводнике N-типа , и на нем формируется N-эпитаксиальный слой с использованием мышьяка в качестве легирующей примеси. В аноде используется такой материал, как молибден или алюминий, для создания барьерного слоя. Диоксид кремния (SiO2) используется для устранения электрического поля в краевой области и повышения выдерживаемого напряжения трубки. Подложка N-типа имеет небольшое сопротивление в открытом состоянии, а ее концентрация легирования на 100% выше, чем у H-слоя.Катодный слой N + формируется под подложкой, и его роль заключается в уменьшении контактного сопротивления катода. Путем регулирования структурных параметров между подложкой N-типа и анодным металлом образуется барьер Шоттки , как показано на рисунке. Когда через барьер Шоттки прикладывается прямое смещение (металлический анод соединяется с положительным электродом источника питания, а подложка N-типа соединяется с отрицательным электродом источника питания), барьерный слой Шоттки становится более узким и его внутреннее сопротивление становится меньше; в противном случае, если к обоим концам барьера Шоттки приложено обратное смещение, барьерный слой Шоттки станет шире, а его внутреннее сопротивление станет больше.

Рис. 1. Структура внутренней схемы диода Шоттки

Таким образом, принцип конструкции выпрямителей Шоттки сильно отличается от выпрямителей с PN переходом. Обычно выпрямители с PN-переходом называют выпрямителями с переходом, а выпрямители из металла и полупроводника — выпрямителями Шоттки. Также были представлены алюмо-кремниевые диоды Шоттки, изготовленные с использованием кремниевого планарного процесса, который не только экономит драгоценные металлы, значительно снижает затраты, но также улучшает согласованность параметров.

II Функции диодов Шоттки

1. Выпрямление

Благодаря однонаправленной проводимости диодов Шоттки, переменные токи с переменными направлениями могут быть преобразованы в импульсные постоянные токи в одном направлении.

В цепи ток может течь только от положительного полюса диода Шоттки и течь от отрицательного полюса. Носителями в P-области являются дырки, а в N-области — электроны.Между P-областью и N-областью образуется определенный потенциальный барьер. Когда приложенное напряжение делает P-область положительной по отношению к N-области, потенциальный барьер уменьшается, и носители памяти генерируются около обеих сторон потенциального барьера. Схема может пропускать большой ток и иметь низкое падение напряжения (обычно 0,7 В), что называется состоянием пересылки. Когда добавляется противоположное напряжение и увеличивается барьер, протекает небольшой обратный ток утечки, и мы называем это состоянием обратной блокировки.

Диоды Шоттки в основном используются в различных низкочастотных полуволновых выпрямительных схемах и двухполупериодных выпрямителях. Выпрямительный мост заключает выпрямительную трубку в кожух, который разделен на полный мост и полумост. Полный мост — это пакет из четырех диодов Шоттки, подключенных к схеме мостового выпрямителя. Полумост предназначен для соединения половинок четырех диодных мостовых выпрямителей Шоттки. Два моста могут использоваться для формирования схемы мостового выпрямителя, а один полумост может также использоваться для формирования схемы двухполупериодного выпрямителя с центральным ответвлением на трансформаторе.Во время каждого рабочего цикла моста одновременно работают только два диода Шоттки. Благодаря функции односторонней проводимости диодов Шоттки переменный ток преобразуется в однонаправленное пульсирующее напряжение постоянного тока.

Рисунок 2. Выпрямитель

2. Переключатель

Диоды Шоттки & Rsquo; сопротивление под действием перенаправляющего напряжения очень низкое, и они находятся во включенном состоянии, что эквивалентно включенному выключателю; под действием обратного напряжения их сопротивление очень велико, и они находятся в выключенном состоянии, как выключатель.Используя характеристики переключения диодов Шоттки, можно составлять различные логические схемы. Поскольку диод Шоттки имеет характеристику однонаправленной проводимости, PN-переход включается при положительном смещении. Сопротивление в открытом состоянии очень мало, от десятков до сотен Ом. При обратном смещении он находится в выключенном состоянии, поэтому его сопротивление очень велико. Как правило, кремниевые диоды Шоттки имеют сопротивление выше 10 МОм, а германиевые трубки также имеют сопротивление от десятков тысяч до сотен тысяч Ом.Благодаря этой функции диод Шоттки будет играть роль в управлении током включения или выключения в цепи и станет идеальным электронным переключателем.

Рисунок 3. Схема переключения 1

Самая простая схема переключения показана на рисунке. В этой схеме два конца диода подключены к Vcc и GND через резистор соответственно. Диод находится в обратном смещении и не проводит ток. Напряжение переменного тока, подаваемое через точку C1, не может проходить через диод, и компоненты переменного тока не могут быть обнаружены после точки C2.

Рисунок 4. Схема переключателя 2

На этом рисунке подключение диода противоположно приведенному выше. Диод в состоянии прямой проводимости может заставить сигнал переменного тока, подаваемый в точке C1, проходить через диод и появляться на выходе C2. Это состояние, когда диод включен, и мы также можем назвать его «включенным» состоянием переключателя.

Это простейшая схема, которая регулирует включенное состояние диода Шоттки через состояние смещения постоянного тока.Для того, чтобы добиться управления сигналом переменного тока. На практике мы убеждаемся, что уровень на одной стороне не изменился, и регулируем уровень на другой стороне, чтобы контролировать проводимость диода. В ВЧ-схемах эта конструкция часто добавляет меры для предотвращения смешивания ВЧ-компонентов с линиями логики / питания на линии, которая обеспечивает смещение для уменьшения помех, но в целом такая конструкция все еще очень распространена.

3. Ограничение амплитуды

Так называемый ограничивающий диод Шоттки предназначен для ограничения амплитуды сигнала в требуемом диапазоне.Поскольку схемы, которые обычно требуют ограничения, в основном представляют собой схемы высокочастотных импульсов, схемы высокочастотной несущей, схемы усилителя высокочастотного сигнала и схемы высокочастотной модуляции, ограничивающие диоды Шоттки должны иметь крутые характеристики UI, чтобы они имели хорошая коммутационная способность.

Характеристики диода Шоттки с ограничением амплитуды: 1. В основном используется для средних, высоких частот и аудиосхем; 2. Быстрая скорость включения и короткое время восстановления; 3.Стабильное падение напряжения на диоде при положительном смещении; 4. Может быть реализован последовательно и параллельно и ограничивает амплитуду во всех направлениях и значениях; 5. Температурная компенсация может быть достигнута при ограничении.

После включения диода Шоттки в прямом направлении его прямое падение напряжения практически не изменяется (0,7 В для кремниевых трубок и 0,3 В для германиевых трубок). Используя эту функцию в качестве ограничивающего элемента в схеме, амплитуда сигнала может быть ограничена определенным диапазоном.

4. Freewheeling

Диоды Шоттки подключены параллельно на обоих концах линии. Когда ток, протекающий в катушке, исчезает, индуцированная электродвижущая сила, создаваемая катушкой, расходуется на работу, создаваемую диодом и катушкой. Это защищает безопасность других компонентов цепи. В схеме два конца реле или индуктора соединены встречно параллельно. Когда индуктор выключен, электродвижущая сила на обоих концах не исчезает сразу.В это время остаточная электродвижущая сила снимается через диод Шоттки. Диоды с обратным ходом используются в катушках индуктивности, реле и тиристорных цепях для предотвращения обратного пробоя.

Рисунок 5. Схема диодов свободного хода

Диоды свободного хода должны быть подключены к обоим концам катушки реле и интерфейсу электромагнитного клапана в цепи. Способ подключения показан на рисунке выше. Отрицательный полюс диода Шоттки соединен с положительным полюсом катушки, а положительный полюс диода Шоттки соединен с отрицательным полюсом катушки.Однако вы должны четко понимать, что диод свободного хода не использует характеристику выдерживаемого обратного напряжения диода Шоттки, а использует однонаправленную характеристику прямой проводимости диода Шоттки.

5. Обнаружение

Обнаружение (также называемое демодуляцией) Диоды Шоттки используют свою однонаправленную проводимость для извлечения низкочастотных или звуковых сигналов из высокочастотных или промежуточных радиосигналов. Они широко используются в полупроводниковых радиоприемниках, магнитофонах, телевизорах и средствах связи.В малосигнальной схеме устройства его рабочая частота высока, а амплитуда обрабатываемого сигнала слабая.

Детектор Диоды Шоттки используются в электронных схемах для обнаружения низкочастотных сигналов (например, аудиосигналов), модулированных высокочастотными электромагнитными волнами. Как правило, в схеме высокочастотного обнаружения используется германиевый диод с точечным контактом. Емкость перехода мала, обратный ток мал, а рабочая частота высокая.

Рисунок 6. Демодуляция

6. Переменная емкость

Варакторные диоды, также называемые «диодами с переменным реактивным сопротивлением», создаются с использованием характеристики, согласно которой емкость перехода изменяется в зависимости от приложенного напряжения, когда pN-переход имеет обратное смещение. Когда напряжение обратного смещения увеличивается, емкость перехода уменьшается, и, наоборот, емкость варакторного диода Шоттки обычно мала. Максимальное значение составляет от десятков пикофарад до сотен пикофарад.Отношение максимальной емкости к минимальной составляет примерно 5: 1. Он в основном используется в высокочастотных цепях для автоматической настройки, частотной модуляции и эквализации, например, в качестве переменного конденсатора в контуре настройки телевизионного приемника.

Когда прикладывается напряжение прямого смещения, генерируется большая величина тока, область обеднения PN-перехода (положительный и отрицательный электрод) сужается, емкость увеличивается, и создается эффект диффузионной емкости; когда прикладывается напряжение обратного смещения, возникает эффект переходной емкости.Однако из-за тока утечки, возникающего при приложении прямого смещения, в приложении применяется обратное смещение.

III Применение диодов Шоттки в цифровой схеме

1. Диод Шоттки для двойного питания

В настоящее время в электронной конструкции с главным контроллером в основном используются часы реального времени (RTC). RTC нуждается в дополнительной кнопочной батарее для подачи питания, чтобы предотвратить потерю информации о времени после выключения системы.В то же время после запуска системы, чтобы продлить срок службы батареи, основная система часто запитывается. Поэтому для RTC часто требуются два источника питания, а диоды могут обеспечивать изоляцию питания благодаря своей однонаправленной проводимости. Если взять в качестве примера малосигнальный диод Шоттки BAT54C, максимальное прямое падение напряжения составляет всего 0,24 В (при прямом токе 0,1 мА), а потребление тока RTC также равно уровню ua. После добавления изолированного источника питания на диоде Шоттки он также может полностью удовлетворить требования.

Рис. 7. Диод Шоттки, применяемый для двойного питания

2. Диоды Шоттки, используемые в качестве логического элемента И

Как показано на рисунке ниже, n диодов Шоттки образуют логический элемент И с n входом. Пока в A1 ~ An имеется логический выход сигнала 0, выход является логическим 0. Только все сигналы в A1 ~, выходная логика 1 и выход могут быть логическими 1. То есть реализуется И для сигналов A1 ~ An. . Поскольку в цифровой схеме входной каскад сигнала микросхемы в основном имеет высокий импеданс, общий ток логической схемы И, состоящей из диодов Шоттки, равен ua.Падение напряжения на диоде Шоттки чрезвычайно мало, и эхо-сигнал все еще может соответствовать проектным требованиям.

Рисунок 8. Диоды Шоттки, используемые в качестве логического элемента И

3. Диоды Шоттки, используемые в качестве логического элемента ИЛИ

Как показано на рисунке ниже, n диодов Шоттки образуют логический элемент ИЛИ с n входами. Пока существует логическая 1 выход сигнала в A1 ~ An, выход будет логическим 1. Только все сигналы в A1 ~ Выходной логический 0, выход может быть логическим 0.То есть реализуется фаза ИЛИ сигналов A1 ~ An.

Рис. 9. Диоды Шоттки, используемые в качестве логического элемента ИЛИ

4. Примеры применения диода Шоттки

При проектировании цифровых схем часто необходимо реализовать простое фазовое И, фазовое ИЛИ или фазовую инверсию некоторых сигналы. Если вы напрямую используете логические микросхемы, такие как серия 74, не только значительно увеличивается площадь разводки, но и не обеспечивается гибкость проводки. А использование малосигнальных диодов Шоттки для формирования логической схемы И и ИЛИ будет более гибким и простым в использовании.На рисунке ниже представлена ​​простая схема двустороннего сброса. JTAG необходимо перезагрузить главный контроллер, чтобы сгенерировать сигнал сброса, а внешняя клавиша сброса должна быть сброшена при нажатии главного контроллера. Если сброс JTAG и сброс ключа подключены напрямую к контакту сброса хост-контроллера, это может вызвать повреждение эмулятора JTAG. Например, когда нажата кнопка сброса, вывод сброса выхода JTAG будет иметь низкий уровень. А через диод Шоттки BAT54A составляет фазу и цепь, каждый выходной сигнал не влияет друг на друга.Как показано на рисунке ниже, пока JTAG выводит логику 0 или логику выхода сброса ключа 0, главный контроллер может быть сброшен.

Рисунок 10. Схема простого двустороннего сброса

IV Заключение

Структура и характеристики диодов Шоттки делают их пригодными для высокочастотного выпрямления в низковольтных, сильноточных выходах и т. Д., И для обнаружения и микширования на высоких частотах. Диоды Шоттки используются в качестве фиксаторов в высокоскоростных логических схемах.Диоды Шоттки также широко используются в ИС и широко используются в высокоскоростных компьютерах. В дополнение к характеристикам обычных диодов с PN-переходом, электрические параметры диодов Шоттки для обнаружения и смешивания также включают импеданс промежуточной частоты, который относится к импедансу, представляемому диодом Шоттки на заданной промежуточной частоте при приложении номинальной мощности гетеродина. .

Рекомендуемый артикул:

Принцип работы и характеристики стабилитронов

Введение в типы диодов

.

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.