принцип работы, маркировка, применение, обозначение на схеме

На чтение 9 мин Просмотров 50 Опубликовано 13.12.2022 Обновлено 13.12.2022

Содержание

1. Что такое диод Шоттки — чем отличается от обычного диода
2. Внешний вид, маркировка, обозначение на схеме
3. Технические характеристики
4. Область применения диодов Шоттки
5. Подключение и проверка на исправность

Семейство полупроводниковых приборов с двумя выводами (диодов) содержит большое количество элементов, различающихся по внутреннему строению, электрическим характеристикам и областям применения. В эту обширную группу входят и диоды, названные именем немецкого физика Вальтера Шоттки. Что такое диод Шоттки, чем от отличается от обычного прибора с p-n переходом, где его используют – обо всем этом пойдет речь далее.

Что такое диод Шоттки — чем отличается от обычного диода

Обычный диод состоит из двух контактирующих участков полупроводников с различным типом проводимости – p-полупроводника и n-полупроводника. В месте контакта возникает переходная зона, отличающаяся односторонней проводимостью – при приложении напряжения прямой полярности сопротивление перехода низкое, в цепи возникает ток. При приложении напряжении обратной полярности сопротивление перехода становится высоким, ток практически прерывается.

У реальных диодов в режиме обратного смещения небольшой ток все же протекает. Этот ток называется током утечки.

Принцип работы диода Шоттки схож – односторонняя проводимость зоны перехода. Но есть конструктивные отличия, определяющие электрические параметры этого прибора. Чтобы понять, как работает диод Шоттки, надо разобраться в его устройстве.

Прибор состоит из полупроводника p-типа, контактирующего с участком, выполненным из металла. При изготовлении на полупроводник (обычно кремний, арсенид галлия, карбид кремния) напыляется металл. Чаще всего это:

• серебро;
• золото;
• платина;
• палладий;
• вольфрам.

В месте контакта возникает контактная разность потенциалов. Создаваемое ей электрическое поле ведет к появлению в приповерхностном слое полупроводника потенциального барьера, который называется барьером Шоттки. Этот барьер обладает односторонней проводимостью.

Потенциальный барьер в отсутствие напряжения смещения

Если приложить к подобной конструкции напряжение в прямом направлении (когда плюс источника подключен к металлической области, а минус – к полупроводниковой), то электроны из полупроводника смогут преодолеть потенциальный барьер и под действием электрического поля перейти в металл.

Для этого должно выполняться условие – напряжение должно быть выше 0,2 вольта.

Барьер Шоттки при прямом смещении

Если приложить к барьеру напряжение обратной полярности (создать обратное смещение), это будет аналогично увеличению контактной разности потенциалов, приведет усилению электрического поля и увеличению ширины (и сопротивления) переходной зоны.

Ток в этом случае течь не будет, что объясняет действие диода Шоттки как выпрямительного прибора.

Увеличение ширины переходной зоны при обратном смещении

Внешний вид, маркировка, обозначение на схеме

Диод 1N5822 в корпусе DO201AE

Диоды Шоттки выполняются в стандартных корпусах с двумя выводами – как и обычные полупроводниковые приборы. Для них не выделена специальная буквенно-цифровая индексация, поэтому внешне отличить прибор с переходом полупроводник-металл от диода с p-n переходом сложно. В таблице приведены некоторые виды диодов Шоттки и корпусов, в котором они выпускаются.

Тип прибора	Тип корпуса	Индекс корпуса
1N5817	Выводной	DO-41
1N5818		DO-41
1N5820		DO-201AD
1N5822		DO201AE
1N6232		DO35
BAR43AFILM (сборка из 2 диодов с общим анодом)	SMD	SOT-323
10BQ100	SMD	SMB (DO-214AA)

Диоды Шоттки выпускаются и в виде сборок из двух элементов.

У них могут быть соединены либо катоды, либо аноды. Это надо учитывать при покупке комплектующих.

Сборка BAR43AFILM в корпусе для SMD-монтажа

УГО диода Шоттки похоже на обозначение обычного диода (что логично) с дополнительными элементами. Есть несколько вариантов обозначения таких полупроводниковых приборов. Наиболее часто применяемые приведены на рисунке.

Условно-графическое обозначение диода Шоттки

Если в устройстве применена сборка из двух (или более) элементов, то на схеме такие диоды Шоттки могут быть показаны в общем корпусе. Внутренние соединения показывают внутри корпуса.

Сборка из двух элементов – внешний вид и обозначение на схеме

Технические характеристики

Для ознакомления с особенностями технических характеристик рассматриваемых полупроводниковых элементов, сначала лучше изучить типовую ВАХ диода Шоттки и сравнить ее с вольтамперной характеристикой обычного диода. Для сравнения графики зависимости тока и напряжения приведены на одном рисунке. Шкалы токов и напряжений приведены без соблюдения масштаба, чтобы показать характерные отличия на обеих ветвях характеристик.

Сравнение вольтамперных характеристик диодов

Первое, что бросается в глаза при анализе ВАХ, что диод Шоттки открывается при напряжении меньшем, чем у, например, кремниевого прибора. Это объясняется тем, что для преодоления потенциального барьера металл-полупроводник достаточно 0,2 вольта, тогда как для кремниевого p-n перехода потребуется 0,6..0,8 вольт. При дальнейшем увеличении напряжения ВАХ принимает вид наклонной прямой – ток растет примерно пропорционально напряжению для обоих типов диодов (при более точном анализе – зависимость экспоненциальная). При рассмотрении обратной ветви характеристики становится очевидным, что при небольших отрицательных смещениях через переход металл-полупроводник протекает ток утечки. Этот ток заметно больше тока утечки p-n перехода.

При росте температуры увеличивается и значение тока утечки.

При дальнейшем увеличении обратного напряжения обычный диод переходит в режим лавинного пробоя. Этот режим обратим и устраняется при снятии напряжения. У диода Шоттки происходит переход в режим необратимого теплового пробоя, и элемент выходит из строя.

Область применения диодов Шоттки

Область применения диодов с переходом металл-полупроводник определяется их свойствами. Наиболее часто используется способность открываться при напряжении уже 0,2 вольта. Это качество важно в выпрямителях, особенно низковольтных. При двухполупериодной схеме выпрямителя на кремниевых диодах потери напряжения составляют 1,2..1,4 вольта в каждом полупериоде, а если мост собрать на диодах Шоттки – то теряется всего 0,4 вольта. В высоковольтных выпрямительных устройствах это не имеет значения – при работе с напряжением в 220 вольт эта разница лежит в пределах колебаний уровня в сети. Другое дело источники питания до 12 вольт, а особенно до 5 вольт. там эта разница в процентном соотношении становится значительной. Чтобы избежать потерь, придется увеличивать количество витков вторичных обмоток трансформатора, что ведет к излишнему расходу медного провода и увеличению габаритов.

Применение диодов Шоттки в низковольтных источниках питания позволяет избежать этой проблемы.

Иллюстрация потерь напряжения на диодном мосте при одном полупериоде напряжения

Приборы с переходом металл-полупроводник имеют более высокое быстродействие за счет того, что при прохождении прямого тока отсутствует накопление неосновных носителей заряда. Это дает возможность применения диодов Шоттки в высокочастотных выпрямителях, включая импульсные устройства.

Еще одно преимущество малого падения напряжения на открытом диоде – меньшие (при равном проходящем токе) потери мощности на нагревание. Это позволяет применять радиаторы меньших размеров, внося существенную экономию в общие массогабаритные характеристики устройства.

Мнение эксперта

Панков Алексей

Инженер-электрик.

Специальность: Проектирование и монтаж изделий электротехники.

Задать вопрос

Наряду с перечисленными достоинствами, приборы с переходом металл-полупроводник имеют свойства, ограничивающие их использование в качестве выпрямителей.

В первую очередь, это повышенный ток утечки (который еще и растет с повышением температуры). Вторая проблема – малое максимальное обратное напряжение, которое способен выдержать диод. Это ограничивает сферу использования подобных приборов для выпрямления переменного тока.

Зато в высокочастотных малосигнальных цепях способность работать с высокими напряжениями не нужна, а вот свойство быстро переключаться очень востребовано. Поэтому эти полупроводниковые приборы применяют:

1. Для выпрямления ВЧ сигналов.
2. В детекторах.
3. В смесителях.
4. В переключающих устройствах.
5. В других ВЧ-устройствах и узлах.

Пониженное падение напряжения на диоде Шоттки полезно и здесь – повышается чувствительность детекторов, коэффициент передачи смесителей, снижаются потери в коммутационных схемах и т.п. А малая ёмкость перехода позволяет снизить влияние диодов на частотные свойства ВЧ-цепей.

Подключение и проверка на исправность

Диод Шоттки подключается в схему точно так же, как и прибор с p-n переходом. Анод подключается к плюсу источника напряжения, катод к минусу. В стандартных схемах (мостовые выпрямители, детекторы, смесители и т.п.) также отличий в подключении нет.

Проверяется диод Шоттки тоже подобно обычному двухвыводному элементу. Каждый диод прозванивается в двух направлениях, в одном омметр должен показать высокое сопротивление, в другом – низкое. Во время проверки надо учитывать особенности приборов с переходом металл-полупроводник.

Первое – рассматриваемый диод имеет более низкое напряжение открывания. Не стоит удивляться, если при проверке в прямом направлении тестер покажет напряжение, в несколько раз меньшее, чем обычно.

Проверка элемента сборки SBL3045 в прямом (слева) и обратном направлениях

Учитывая особенности проверяемого прибора, есть смысл проверить его и на утечку. Для этого мультиметр можно перевести в режим измерения сопротивления на предел 20 кОм (или другой подобный, какой есть у имеющегося мультиметра) и прозвонить в обе стороны. Если измерительный прибор покажет какое-то значение сопротивления (меньшее бесконечности), значит, утечка велика. Надо принимать решение о дальнейшем использовании диода.

Диоды Шоттки получили широкое распространение в малосигнальной, а особенно в силовой электронике. В связи с глобальным переходом на импульсные источники питания альтернативы этим приборам нет.

26. Диод Шоттки. Принцип работы. Технология изготовления.

Диод Шоттки (также правильно Шотки, сокращённо ДШ) — полупроводниковый диод с малым падением напряжения при прямом включении. Диоды Шоттки используют переход металл-полупроводник в качестве барьера Шоттки (вместо p-n перехода, как у обычных диодов).

Допустимое обратное напряжение промышленно выпускаемых диодов Шоттки ограничено 250 В (MBR40250 и аналоги), на практике большинство диодов Шоттки применяется в низковольтных цепях при обратном напряжении порядка единиц и нескольких десятков вольт.

Принцип работы: Выпрямительный переход создаётся слоем металла (обычно золота, платины, алюминия или палладия), нанесённого на поверхность слаболегированного полупроводника. Применяемый металл и уровень легирования влияют на характеристики выпрямления. Свойство выпрямления возникает вследствие разности энергетических уровней материалов. Тыльная сторона полупроводника легируется сильнее, а контакт с обратной стороны называется омическим, так как энергетические уровни материалов очень близки, и область контакта по своим свойствам напоминает резистор. Ток течёт через диод Шотки вследствие того, что под воздействием прямого напряжения смещения /?-л-перехода электроны в металле преодолевают потенциальный барьер. Поэтому диоды Шотки называются также диодами с «горячими» носителями заряда.

Ток в полупроводниковом материале представляет собой поток электронов. Электроны — основные носители заряда, и скорость протекания тока выше, чем в/7-материале плоскостного диода. Поэтому диоды Шотки — самые быстродействующие из всех диодов. Поскольку в области перехода отсутствуют неосновные носители заряда, диод запирается сразу же, как только прикладываемое напряжение снижается до нуля. Однако процесс заряда ёмкости перехода вызывает протекание обратного тока. Эта ёмкость весьма мала, поэтому и обратный ток имеет чрезвычайно низкую величину. Диоды Шотки характеризуются практически нулевым временем прямого и обратного восстановления, потому что их проводимость не зависит от неосновных носителей заряда.

Технология изготовления диодов Шотки заключается в нанесении на пластину низкоомного кремния эпитаксиальной пленки с электропроводностью того же типа. На поверхность пленки вакуумным напылением наносят слой металла.

Наибольшее распространение получили транзисторы, имеющие вертикальную структуру, в которой все выводы от областей транзистора расположены в одной плоскости на поверхности подложки Такая структура называется планарной.

Биполярный транзистор в цифровых интегральных микросхемах обычно выполняет функцию ключа, и все время работает либо в режиме насыщения, либо в режиме отсечки. В режиме насыщения происходит накопление неосновных носителей заряда в базе транзистора, а также в коллекторной области. Процессы накопления неосновных носителей и их последующего рассасывания при переводе транзистора в режим отсечки связаны с относительно медленным процессом диффузии неосновных носителей заряда. Инерционность этих процессов определяет скорость переключения транзистора из включенного состояния в выключенное и обратно, т. е. скорость срабатывания схемы.

Для ускорения процесса накопления и рассасывания неосновных носителей заряда целесообразно ограничить их накопление. Достичь этого можно путем шунтирования коллекторного перехода транзистора диодом Шоттки, т. е. диодом с выпрямляющим электрическим переходом между металлом и полупроводником. Структура такого интегрального транзистора показана на рис. 7.5.

Рис. 7.5. Структура транзистора с диодом Шоттки

Алюминиевый электрод образует с p-областью базы омический переход, а переход между алюминиевым электродом и относительно высокоомной n-областью коллектора получается выпрямляющим. Из-за неравенства работ выхода электронов из алюминия и из кремния с электропроводностью n-типа и в результате химической обработки поверхности кремниевого кристалла на контакте для электронов возникает потенциальный барьер, несколько меньший высоты потенциального барьера на коллекторном переходе. Поэтому при прямом смещении коллекторного перехода и соответственно при прямом смещении диода Шоттки основная часть прямого тока коллектора будет проходить через диод Шоттки. Этот ток связан с движением электронов из n-области коллектора в металлический электрод и не сопровождается инжекцией дырок в n-область коллектора. Таким образом, в высокоомной области коллектора практически не происходит накопления неосновных носителей заряда.

Изготовление интегрального транзистора с диодом Шоттки не требует введения дополнительных технологических операций. Необходимо лишь изменить соответствующим образом фотошаблон, применяемый при проведении фотолитографии для снятия диоксида кремния под контакты, и расширить слой напыляемого алюминия за металлургическую границу коллекторного перехода. Однако при снятии диоксида кремния в месте выхода коллекторного перехода на поверхность монокристалла кремния и при обработке этой поверхности перед нанесением алюминиевой металлизации следует предотвратить возможность загрязнения p-n-перехода коллектора неконтролируемыми примесями.

Определение, символ, принцип работы и использование

0

Сохранить

Скачать публикацию в формате PDF

Диод — это полупроводниковый прибор с двумя выводами, позволяющий протекать току только в одном направлении — прямом или обратном. Идеальный диод имеет нулевое сопротивление в одном направлении и бесконечное сопротивление в обратном направлении. Некоторыми примерами диодов являются стабилитрон, диод Шоттки, светоизлучающий диод и т. д.

Читайте дальше, чтобы узнать больше о диоде Шоттки, его теории, символе и свойствах. Мы также рассмотрим его принцип работы и области применения.

Диод Шоттки

Диод Шоттки представляет собой диод с переходом металл-полупроводник. Диод Шоттки также известен как диод с горячим носителем или диод с барьером Шоттки. Он образован соединением полупроводникового диода с металлом. Он имеет низкое прямое падение напряжения, почти равное 0,15-0,45В. Диод Шоттки, как и любой другой диод, проводит ток в прямом направлении, когда приложено достаточное прямое напряжение.

В диоде Шоттки вместо проводников p-типа используются такие металлы, как алюминий и платина. Диод Шоттки был изобретен Уолтером Х. Шоттки в 1914.

Обозначение диода Шоттки

Обозначение диода Шоттки похоже на обозначение простого диода. Металлическая сторона действует как анод, а полупроводник — как катод.

Теория диода Шоттки

Диод назван в честь немецкого физика Вальтера Х. Шоттки. Эти диоды имеют высокую плотность тока и низкое прямое падение напряжения. Это означает, что в диоде Шоттки теряется меньше энергии, чем в диоде с PN-переходом. Это свойство диодов Шоттки делает их более подходящими для силовых выпрямителей. В этом диоде имеется барьер Шоттки, представляющий собой обедненный слой, образующийся на стыке металла и полупроводника N-типа. Электроны должны преодолеть потенциальную энергию этого барьера Шоттки, чтобы течь через диод. Выпрямленный переход металл-полупроводник образует выпрямляющий барьер Шоттки, который используется для изготовления диодов Шоттки.

Высота барьера Шоттки зависит от комбинации металл-полупроводник.

Высота барьера в невыпрямленном барьере Шоттки недостаточно высока для образования обедненной области. Таким образом, область обеднения в диоде с омическим контактом незначительна. Но в случае выпрямления барьера Шоттки высота достаточно велика, чтобы образовалась обедненная область.

В случае омического контакта кривая тока-напряжения является линейной, тогда как в случае неомического контакта кривая тока-напряжение нелинейна.

Принцип работы диода Шоттки

Диод Шоттки представляет собой диод с переходом металл-полупроводник. Он образуется при соединении полупроводника с металлом. Он имеет низкое прямое падение напряжения, почти равное 0,15-0,45В. Диод Шоттки, как и любой другой диод, проводит ток в прямом направлении, когда приложено достаточное прямое напряжение.

В диоде Шоттки имеется барьер Шоттки, представляющий собой обедненный слой, образующийся на стыке металла и полупроводника N-типа. Электроны должны преодолеть потенциальную энергию этого барьера Шоттки, чтобы течь через диод. Диоды Шоттки работают по тому принципу, что электроны в разных материалах обладают разной потенциальной энергией.

В случае диодов Шоттки полупроводники N-типа имеют более высокую потенциальную энергию, чем электроны металлов. Когда они соприкасаются друг с другом, поток электронов в обоих направлениях пересекает границу раздела металл-полупроводник. На диод подается напряжение, так что металл положителен по сравнению с полупроводником. Напряжение противостоит встроенному электрическому потенциалу и облегчает протекание тока.

Свойства диода Шоттки

Свойства диода Шоттки следующие:

• Диод Шоттки представляет собой диод с переходом металл-полупроводник.
• Имеет низкое падение прямого напряжения, почти равное 0,15-0,45В.
• Эти диоды имеют высокую плотность тока.
• В диоде Шоттки имеется барьер Шоттки, представляющий собой обедненный слой, образующийся на стыке металла и полупроводника N-типа.

Применение диода Шоттки

Диоды Шоттки очень полезны в электронной промышленности. Ниже перечислены некоторые основные области их использования:

• Солнечные элементы
• Силовые ИЛИ электрические цепи
• Силовой выпрямитель (например, мостовой выпрямитель)
• Радиочастотный смеситель и детекторный диод

Ознакомьтесь с другими интересными разделами по физике, чтобы развеять все сомнения. Вы найдете больше таких вещей в приложении Testbook. Подготовьтесь к экзаменам в веселой интерактивной манере с пробными тестами, разработанными экспертами в этой области, а также с эксклюзивными учебными материалами, которые всегда под рукой. Загрузите приложение и приступайте к работе!

Часто задаваемые вопросы о диодах Шоттки

В.1 В чем разница между диодами Шоттки и обычными диодами?

Ответ 1 В обычном диоде полупроводники P-типа и N-типа объединяются, образуя диод. Но в диодах Шоттки полупроводник p-типа заменяется металлом.

В.2 Каков принцип работы диода Шоттки?

Ans.2 Диоды Шоттки работают по принципу, согласно которому электроны в разных материалах обладают разной потенциальной энергией.

В.3 Почему диод Шоттки быстрее?

Анс.3 Эти диоды имеют высокую плотность тока и низкое прямое падение напряжения, что делает их быстрее.

Q.4 Каково падение напряжения на диоде Шоттки?

Анс. 4 Имеет низкое прямое падение напряжения, почти равное 0,15-0,45В.

В.5 Имеют ли диоды Шоттки обратное восстановление?

Ans.5 Диод Шоттки имеет время обратного восстановления порядка 100 пс (для диода с малым сигналом).

Скачать публикацию в формате PDF

Подробнее на testbook.com

Электрический заряд: измерение, типы, методы, свойства и значение
Лазерный диод: типы, принцип работы и свойства теоремы о противоположных и смежных углах на примерах!
Дуга: значение и подробная формула с примерами решения
Формула Герона: определение, примеры и доказательство с приложениями

Что такое диод Шоттки? — Конструкция, работа и применение

Определение: Диод Шоттки представляет собой переход металл-полупроводник , в котором не накапливаются носители заряда на переходе, поскольку он не имеет обедненного слоя . Он находит свое применение там, где нужно быстрое переключение .

Значение диода Шоттки: Когда диод с P-N переходом смещен в прямом направлении, он начинает проводить, но когда он смещен в обратном направлении, он прекращает проводимость. Но этот переход от проводимости к изоляции не происходит мгновенно. Диоду требуется некоторое время, чтобы достичь устойчивого состояния отсутствия проводимости, когда он смещен в обратном направлении.

Это происходит потому, что при прямом смещении носители заряда перемещаются поперек перехода, а при внезапном обратном смещении часть носителей заряда все еще находится в переходе, но еще не рекомбинировала.

Таким образом, это явление называется накоплением заряда . Из-за этого накопительному диоду требуется время на переключение. Время, необходимое диоду для достижения устойчивого состояния отсутствия проводимости при обратном смещении, называется временем обратного восстановления. Влияние обратного времени восстановления незначительно на частотах ниже 10 МГц, , но на высоких частотах этот эффект значителен.

Для устранения этой проблемы был сконструирован диод Шоттки. Как этот диод Шоттки решает эту проблему. Вы можете понять это с помощью его построения и работы.

Конструкция диода Шоттки

Он состоит из металла и полупроводника. Используется такой металл, как золото, серебро, молибден, вольфрам или платина. И используется полупроводник N-типа . Обычно галлий используется в качестве полупроводника для диода Шоттки. Хотя кремний можно использовать для работы на низких частотах.

Различные материалы, используемые в конструкции, приводят к различным характеристикам полученного диода Шоттки.

Работа диода Шоттки

Металлы имеют электронов в качестве основных носителей , а полупроводники N-типа также содержат электроны в качестве основных носителей заряда. Таким образом, когда переход металл-полупроводник несмещен, ток в диоде не течет. Это связано с тем, что электроны в области N-типа не обладают достаточной энергией для перехода от перехода N-типа к металлу. Но когда переход смещен в прямом направлении, электроны приобретают энергию для пересечения барьера.

Горячий диод несущей

Этот барьер называется барьером Шоттки . Электроны, переходящие из N-типа в металлы, называются горячими носителями . Они называются так потому, что когда переход смещен в прямом направлении, электроны приобретают значительное количество энергии. И они входят в металлическое соединение с такой высокой величиной энергии. Вот почему диод также называют диодом с горячей несущей .

Самое лучшее в диоде Шоттки — его способность к быстрому переключению . В случае диода Шоттки обедненный слой не играет роли, поэтому он обладает более быстрым переключением, чем диод с P-N-переходом. В металлах и полупроводниках N-типа основными носителями заряда являются электроны.

Таким образом, весь ток приходится на сухогрузы. Отверстий нет, значит, нет и слоя истощения. Таким образом, на стыке имеется беззарядных накопителей .

Благодаря отсутствию накопления заряда диод Шоттки можно легко переключить с прямого смещения на обратное. P-n-переход является биполярным, потому что он состоит как из электронов, так и из дырок в качестве основных носителей, но диод Шоттки является униполярным, потому что он включает только один носитель заряда, то есть электрон.

Барьерный потенциал диода Шоттки находится в диапазоне 0,2-0,25 В , что намного ниже, чем барьерный потенциал кремния 0,7 В. Причиной такого низкого барьерного потенциала опять же является отсутствие обедненного слоя.

Таким образом, при обратном смещении диода значительный ток не течет от металла к полупроводнику. Таким образом, ток протекает только в случае прямого смещения перехода металл-полупроводник.

Вольт-амперные характеристики диода Шоттки

Из ВАХ видно, что ток начинает увеличиваться при очень низком прямом напряжении. В то время как в случае P-N перехода этот ток начинает увеличиваться после обеспечения достаточно высокого прямого напряжения. Точно так же обратное напряжение, при котором ток начинает увеличиваться, также мало в случае диода Шоттки. Таким образом, его обратное напряжение пробоя также невелико.

Преимущества диода Шоттки

1. Обладает высокой скоростью переключения.
2. Из-за высокой скорости переключения его время обратного восстановления очень меньше по сравнению с другими биполярными диодами.
3. Величина прямого напряжения у этого диода также минимальна по сравнению с другими биполярными диодами.

Недостатки диода Шоттки

1. Обладает значительным значением тока утечки .
2. Обратное напряжение пробоя этих диодов очень мало.