Schottky Diodes - Paggawa, Mga Katangian, Application

Ang mga diode ng Schottky barrier ay mga semiconductor diode na dinisenyo na may kaunting boltahe na pasulong at mabilis na paglipat ng bilis na maaaring mas mababa sa 10 ns. Ang mga ito ay panindang sa kasalukuyang mga saklaw na 500 mA hanggang 5 amps at hanggang sa 40 V. Dahil sa mga tampok na ito ay partikular na naaangkop sa mababang boltahe, mga aplikasyon ng mataas na dalas tulad ng sa SMPS, at pati na rin ng mahusay na mga diode ng freewheeling.

Ang simbolo ng aparato ay ipinapakita sa sumusunod na imahe:

Kagandahang-loob: https://en.wikipedia.org/wiki/Schottky_diode

Panloob na Konstruksiyon

Ang mga Schottky diode ay naiayos na naiiba kumpara sa tradisyunal na p-n junction diodes. Sa halip na isang p-n junction ay itinayo ang mga ito gamit ang a metal semiconductor junction tulad ng ipinakita sa ibaba.

Ang seksyon ng semiconductor ay kadalasang itinatayo gamit ang n-type na silikon, at mayroon ding isang iba't ibang mga materyales tulad ng platinum, tungsten, molibdenum, chrome atbp bilis ng paglipat, pagbaba ng boltahe ng ibabang pasulong atbp.

Paano ito gumagana

Sa Schottky diodes electron ay naging ang karamihan sa carrier sa semiconductor material, habang sa metal ay nagpapakita ng napakaliit na mga carrier ng minority (butas). Kapag naka-link ang dalawang mga materyales, ang mga electron na naroroon sa silicon semiconductor ay nagsisimulang mabilis na dumaloy patungo sa nakakonektang metal, na nagreresulta sa isang napakalaking paglilipat ng mga karamihan sa mga carrier. Dahil sa kanilang nadagdagan na lakas na gumagalaw kaysa sa metal, sa pangkalahatan sila ay tinatawag na 'mainit na mga tagadala.

Ang normal na p-n junction ay nagdiode ng mga carrier ng minorya na na-injected sa iba't ibang magkakatabing polarities. Sapagkat sa Schottky diodes ang mga electron ay na-injected sa mga rehiyon na may magkatulad na polarity.

Ang napakalaking pag-agos ng mga electron patungo sa metal ay nagdudulot ng matinding pagkawala ng mga tagadala para sa materyal na silikon sa lugar na malapit sa ibabaw ng kantong, na kahawig ng rehiyon ng pag-ubos ng p-n junction ng iba pang mga diode. Ang mga karagdagang carrier sa metal ay lumilikha ng isang 'negatibong pader' sa metal sa pagitan ng metal at ng semiconductor na humahadlang sa karagdagang pagpasok ng kasalukuyang. Ibig sabihin ang mga negatibong sisingilin na mga electron sa silikon semiconductor sa loob ng Schottky diodes ay pinapabilis ang isang carrier na walang rehiyon kasama ang isang negatibong pader sa ibabaw ng metal.

Sumangguni sa pigura na ipinakita sa ibaba, ang paglalapat ng kasalukuyang bias sa kasalukuyan sa unang kuwadrante ay nagdudulot ng pagbawas ng enerhiya ng negatibong hadlang dahil sa positibong akit mula sa mga electron sa lugar na ito. Ito ay humahantong sa pagbalik ng daloy ng mga electron sa malaking halaga sa buong hangganan. Ang laki ng mga electron na ito ay nakasalalay sa laki ng potensyal na inilapat para sa biasing.

Pagkakaiba sa pagitan ng Mga normal na diode at Schottky diode

Kung ikukumpara sa normal na p-n junction diodes ang hadlang na junction sa Schottky diodes ay mas mababa, kapwa sa pasulong at baligtarin na mga rehiyon ng bias.

Pinapayagan nito ang mga Schottky diode na magkaroon ng mas pinahusay na kasalukuyang conduction para sa parehong antas ng potensyal na bias, sa parehong mga rehiyon ng pasulong at baligtarin na bias. Lumilitaw itong isang mahusay na tampok sa rehiyon ng bias na pasulong, bagaman masama para sa rehiyon ng reverse bias.

Ang kahulugan ng pangkalahatang mga katangian ng isang diode na semiconductor para sa mga rehiyon na pasulong at pabalik-bias ay kinakatawan ng equation:

Ako _D = Ako _S (ay ^{kVd / Tk} -1)

kung saan Ay = reverse saturation kasalukuyang
k = 11,600 / η na may η = 1 para sa materyal na Germanium at η = 2 para sa Silicon material

Ang parehong equation ay naglalarawan ng exponential pagtaas sa kasalukuyang sa Schottky diode sa sumusunod na pigura, subalit ang kadahilanan η ay natutukoy ng uri ng pagtatayo ng diode.

Sa rehiyon ng reverse-bias, ang kasalukuyang Ay higit sa lahat dahil sa mga metal electron na naglalakbay sa materyal na semiconductor.

Mga Katangian sa Temperatura

Para sa mga Schodeky diode, ang isa sa mga pangunahing aspeto na patuloy na sinaliksik ay kung paano mabawasan ang malalaking alon ng tagas sa mataas na temperatura na higit sa 100 ° C.

Ito ay humantong sa paggawa ng mas mahusay at pinabuting mga aparato na maaaring gumana nang mahusay kahit na sa matinding temperatura sa pagitan ng - 65 hanggang + 150 ° C.

Sa karaniwang temperatura ng kuwarto ang pagtagas na ito ay maaaring nasa saklaw ng mga microamperes para sa mababang lakas na Schottky diode, at sa hanay ng mga milliamperes para sa mga de-kuryenteng aparato.

Gayunpaman, ang mga figure na ito ay mas malaki kung ihahambing sa normal na p-n diode sa parehong mga pagtutukoy ng lakas. Pati yung Rating ng PIV para sa isang Schottky diode ay maaaring maging mas mababa kaysa sa aming tradisyonal na diode.

Halimbawa, karaniwang isang 50 amp na aparato ay maaaring magkaroon ng rating na PIV na 50 V, samantalang ito ay maaaring hanggang sa 150 V para sa isang normal na 50 amp diode. Sinabi nito, ang mga kamakailang pagsulong ay pinagana ang mga diode ng Schottky na may mga rating na PIV na higit sa 100 V sa magkatulad na mga halaga ng amperage.

Ito ay naging lubos na malinaw mula sa itaas na representasyong grapiko na ang mga Schottky diode ay naiugnay dahil sa isang perpektong hanay ng mga katangian, kahit na mas mahusay kaysa sa isang diode na kristal (point contact diode). Ang pasulong na drop ng isang point contact diode ay karaniwang mas mababa kaysa sa isang normal na p-n junction diodes.

Ang VT o ang pasulong na pagbagsak ng boltahe ng Schottky diode sa isang malaking lawak ay natutukoy ng metal sa loob. Nagkaroon na maging trade-off sa pagitan ng epekto ng temperatura at antas ng VT. Kung ang isa sa mga parameter na ito ay nagdaragdag ng iba pa ay nagdaragdag din ng pagpapasama sa antas ng kahusayan ng aparato. Bukod dito, ang VT ay nakasalalay din sa kasalukuyang saklaw, mas mababang mga pinahihintulutang halaga na matiyak ang mas mababang mga halaga ng VT. Ang drop na VT forward ay maaaring maging pangunahing zero hanggang sa isang naibigay na mababang antas ng mga yunit, sa isang tinatayang pagsusuri. Para sa gitna at mas mataas na kasalukuyang mga saklaw, ang mga halagang hinaharap na drop ay maaaring nasa paligid ng 0.2 V, at ito ay lilitaw na maging isang mahusay na halagang kinatawan.

Sa ngayon ang maximum na natitiis na kasalukuyang saklaw na magagamit na Schottky diode ay nasa paligid ng 75 amps, kahit na hanggang sa 100 amps ay maaari ding nasa abot-tanaw sa lalong madaling panahon.

Application ng Schottky diode

Ang pangunahing lugar ng aplikasyon ng Schottky diodes ay ang paglipat ng mga power supply o SMPS, na inilaan upang gumana sa mga frequency na higit sa 20 kHz.

Karaniwan, ang isang 50 amp Schottky diode sa temperatura ng kuwarto ay maaaring ma-rate na may pasulong na boltahe na 0.6 V, at isang 10 ns oras ng paggaling, na partikular na idinisenyo para sa isang aplikasyon ng SMPS. Sa kabilang banda ang isang ordinaryong p-n jode diode ay maaaring magpakita ng isang pasulong na drop ng 1.1 V at ang recovery tome na mga 30 hanggang 50 ns, sa parehong kasalukuyang spec.

Maaari mong makita ang pagkakaiba sa boltahe ng pasulong sa itaas na medyo maliit, subalit kung titingnan namin ang antas ng pagwawaldas ng kuryente sa pagitan ng dalawa: P (hot carrier) = 0.6 x 50 = 30 watts, at P (pn) = 1.1 x 50 = 55 watts, na kung saan ay isang nasusukat na pagkakaiba, na maaaring makapinsala sa kahusayan ng SMPS nang kritikal.

Bagaman, sa reverse bias region ang pagdumi sa isang Schottky diode ay maaaring mas mataas nang bahagya, ang net forward at reverse bias dissipation ay magiging mas mahusay kaysa sa isang p-n junction diode.

Reverse Oras ng Pagbawi

Sa ordinaryong p-n semiconductor diode, ang pabalik na oras ng pagbawi (trr) ay mataas sa account ng mga na-injected na carrier ng minorya.

Sa Schottky Diodes dahil sa labis na mababang mga carrier ng minorya, ang oras ng pag-recover ng pagbawi ay mababa. Ito ang dahilan kung bakit ang Schottky Diodes ay nagawang gumana nang mabisa kahit na sa mga frequency na 20 GHz, na nangangailangan ng mga aparato na lumipat sa isang napakabilis na bilis.

Para sa mas mataas na mga frequency kaysa dito, ang isang point-contact diode o isang kristal diode ay nagtatrabaho pa rin, dahil sa kanilang napakaliit na lugar ng junction o area area ng junction.

Ang Schottky Diode ay Katumbas na Circuit

Ang susunod na pigura ay naglalarawan ng katumbas na circuit ng isang Schottky Diode na may mga tipikal na halaga. Ang magkadugtong na simbolo ay ang karaniwang simbolo ng aparato.

Ang inductance Lp at ang capacitance Cp ay ang mga halagang tinukoy sa pakete mismo, ang rB ay bumubuo sa paglaban ng serye na binubuo ng resistensya sa contact at ang maramihang paglaban.

Ang mga halaga para sa resistensya at capacitance Cj ay ayon sa mga kalkulasyon na tinalakay sa mga nakaraang talata.

Tsart ng pagtutukoy ng diode ng Schottky

Ang tsart sa ibaba ay nagbibigay sa amin ng isang listahan ng mga hot-carrier rectifier na ginawa ng mga Produkto ng Motorola Semiconductor kasama ang kanilang mga pagtutukoy at mga detalye ng pinout.