Schottky-barrierdioder er halvlederdioder designet med minimal fremoverspenning og høye koblingshastigheter som kan være så lave som 10 ns. Disse er produsert i strømområder fra 500 mA til 5 ampere og opptil 40 V. På grunn av disse funksjonene blir de spesielt egnet i lavspennings-, høyfrekvensapplikasjoner som i SMPS, og også som effektive frihjulsdioder.
Symbolet på enheten vises i følgende bilde:
Høflighet: https://en.wikipedia.org/wiki/Schottky_diode
Intern konstruksjon
Schottky-dioder er konstruert annerledes enn de tradisjonelle p-n-kryssdioder. I stedet for et p-n-kryss blir de bygget ved hjelp av en metall halvlederkryss som vist under.
Halvlederseksjonen er for det meste bygd med silisium av n-type, og også med en rekke forskjellige materialer som platina, wolfram, molybden, krom osv. Dioden kan ha forskjellige sett med egenskaper, avhengig av hvilket materiale som brukes, slik at de kan forbedres byttehastighet, lavere fremover spenningsfall etc.
Hvordan det fungerer
I Schottky-dioder blir elektroner majoritetsbæreren i halvledermaterialet, mens det i metallet viser ekstremt små minoritetsbærere (hull). Når de to materialene er koblet sammen, begynner elektronene i silisiumhalvlederen å strømme raskt mot det tilkoblede metallet, noe som resulterer i en massiv overføring av majoritetsbærere. På grunn av deres økte kinetiske energi enn metallet kalles de generelt 'varme bærere'.
De normale p-n-kryssdiodene som minoritetsbærerne injiseres over forskjellige tilstøtende polariteter. Mens i Schottky-dioder injiseres elektroner over regioner med identisk polaritet.
Den massive tilstrømningen av elektroner mot metallet forårsaker stort tap av bærere for silisiummaterialet i området nær kryssflaten, som ligner utarmningsområdet for p-n-krysset til andre dioder. De ekstra bærerne i metallet skaper en 'negativ vegg' i metallet mellom metallet og halvlederen som blokkerer videre innføring av strøm. Betydning av de negativt ladede elektronene ved silisiumhalvlederen inne i Schottky-dioder, letter en bærerfri region sammen med en negativ vegg på metalloverflaten.
Med henvisning til figuren nedenfor, forårsaker anvendelse av fremoverforspenningsstrøm i den første kvadranten en reduksjon i energien til den negative barrieren på grunn av den positive tiltrekningen fra elektronene i dette området. Dette fører til returstrømmen av elektroner i store mengder over grensen. Størrelsen på disse elektronene avhenger av størrelsen på potensialet som brukes for forspenningen.
Forskjellen mellom normale dioder og Schottky-dioder
Sammenlignet med normale p-n-kryssdioder er sperringskrysset i Schottky-dioder lavere, både i forovergående og omvendte forspenningsregioner.
Dette gjør det mulig for Schottky-dioder å ha mye forbedret strømledning for det samme nivået av forspenningspotensial, både i forover- og tilbakespolingsregioner. Dette ser ut til å være en god funksjon i den fremre forspenningsregionen, men dårlig for den omvendte forspenningsregionen.
Definisjonen av generelle karakteristikker av en halvlederdiode for forover- og omvendt forspenningsregioner er representert ved ligningen:
Jeg D = Jeg S ( er kVd / Tk -1)
hvor Er = omvendt metningsstrøm
k = 11,600 / η med η = 1 for Germanium-materiale og η = 2 for Silicon-materiale
Den samme ligningen beskriver den eksponensielle økningen i strøm i Schottky-dioder i følgende figur, men faktoren η bestemmes av diodens konstruksjonstype.
I revers-bias-regionen, gjeldende Er skyldes hovedsakelig metallelektronene som beveger seg inn i halvledermaterialet.
Temperaturegenskaper
For Schottky-dioder er en av de viktigste aspektene som har blitt kontinuerlig undersøkt hvordan man minimerer de betydelige lekkasjestrømmene ved høye temperaturer over 100 ° C.
Dette har ført til produksjon av bedre og forbedrede enheter som kan fungere effektivt selv ved ekstreme temperaturer mellom - 65 og + 150 ° C.
I typiske romtemperaturer kan denne lekkasjen være i området mikroampere for Schottky-dioder med lav effekt, og i området milliamper for enheter med høy effekt.
Imidlertid er disse tallene større sammenlignet med normale p-n-dioder med samme strømspesifikasjoner. Også, den PIV-vurdering for en Schottky-dioder kan være mye mindre enn våre tradisjonelle dioder.
For eksempel kan en 50 amp-enhet normalt ha en PIV-klassifisering på 50 V, mens dette kan være opptil 150 V for en normal 50 amp-diode. Når det er sagt, har nylige fremskritt muliggjort Schottky-dioder med PIV-klassifisering over 100 V ved tilsvarende strømstyrkeverdier.
Det blir ganske klart av den ovennevnte grafiske fremstillingen at Schottky-dioder tilskrives et nesten ideelt sett med egenskaper, enda bedre enn en krystalldiode (punktkontaktdiode). Det fremre fallet til en punktkontaktdiode er vanligvis lavere enn en normal p-n-kryssdiode.
VT eller foroverspenningsfallet til Schottky-dioden bestemmes i stor grad av metallet inni. Det skjer tilfeldigvis en avveining mellom effekten av temperaturen og VT-nivået. Hvis en av disse parametrene øker, øker den andre også nedbrytende effektivitetsnivået til enheten. Videre avhenger VT også av det aktuelle området, lavere tillatte verdier sikrer lavere verdier av VT. VT fremoverfall kan i det vesentlige være nede på null for en gitt enhet på lavt nivå, i en omtrentlig evaluering. For mellomstrøm og høyere strømområder kan fremoverfallverdiene være rundt 0,2 V, og dette ser ut til å være en fin representativ verdi.
For øyeblikket er den maksimalt tillatte strømområdet Schottky-diode tilgjengelig rundt 75 ampere, selv om opptil 100 ampere også snart kan være i horisonten.
Schottky-diode-applikasjon
Hovedapplikasjonsområdet til Schottky-dioder er å bytte strømforsyning eller SMPS, som er ment å fungere med frekvenser over 20 kHz.
Vanligvis kan en 50 amp Schottky-diode ved romtemperatur klassifiseres med en fremoverspenning på 0,6 V og en gjenopprettingstid på 10 ns, spesielt designet for en SMPS-applikasjon. På den annen side kan en vanlig p-n-kryssdiode utvise et foroverfall på 1,1 V og gjenopprettingstom på rundt 30 til 50 ns, med samme strømspesifikasjon.
Du kan finne den ovennevnte spenningsforskjellen ovenfor for å være ganske liten, men hvis vi ser på effektspredningsnivået mellom de to: P (hot carrier) = 0,6 x 50 = 30 watt, og P (pn) = 1,1 x 50 = 55 watt, som er en ganske målbar forskjell, som kan skade effektiviteten til SMPS kritisk.
Selv om dissipasjonen i en Schottky-diode kan være litt høyere i den omvendte forspenningsregionen, vil fremdeles nettoverspenningen forover og omvendt forspenning være mye bedre enn en p-n-kryssdiode.
Omvendt gjenopprettingstid
I vanlig p-n halvlederdiode er omvendt gjenopprettingstid (trr) høy på grunn av de injiserte minoritetsbærerne.
I Schottky-dioder på grunn av ekstremt lave minoritetsbærere er omvendt gjenopprettingstid vesentlig lav. Dette er grunnen til at Schottky-dioder er i stand til å jobbe så effektivt selv ved frekvenser på 20 GHz, som krever at enhetene bytter med ekstremt høy hastighet.
For høyere frekvenser enn dette, brukes fortsatt en punktkontaktdiode eller en krystalldiode på grunn av deres veldig lille kryssområde eller punktkryssingsområde.
Schottky-dioder ekvivalent krets
Den neste figuren viser den tilsvarende kretsen til en Schottky-diode med typiske verdier. Det tilstøtende symbolet er standardsymbolet til enheten.
Induktansen Lp og kapasitansen Cp er verdiene spesifisert i selve pakken, rB utgjør seriemotstanden som består av kontaktmotstanden og bulkmotstanden.
Verdiene for motstanden rd og kapasitansen Cj er i henhold til beregningene som er diskutert i de foregående avsnittene.
Schottky-diode Spesifikasjonskart
Diagrammet nedenfor gir oss en liste over hot-carrier-likerettere produsert av Motorola Semiconductor Products sammen med deres spesifikasjoner og pinout-detaljer.
Forrige: Dioderetting: Half-Wave, Full-Wave, PIV Neste: LED-hindringslyskrets
