Диоды шоттки это: Что такое диод Шоттки?

Содержание

Диод Шоттки — Характеристики, особенности и применение

Что такое диод Шоттки

Диод Шоттки относится к семейству диодов. Выглядит он почти также, как и его собратья, но есть небольшие отличия.

Простой диод выглядит на схемах вот так:

обозначение диода на схеме

Стабилитрон уже обозначается, как диод с “кепочкой”

обозначение стабилитрона на схеме

Диод Шоттки имеет две “кепочки”

обозначение диода шоттки на схеме

Чтобы проще запомнить, можно добавить голову и ножки и представить себе человечка, танцующего ламбаду)

Обратное напряжение диода Шоттки

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

Это значение можно найти в даташите

обратное напряжение диода

Для каждой марки диода оно разное

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

Падение напряжения на диоде Шоттки

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

прямое падение напряжения на диоде

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

где

P – мощность, Вт

Vf – прямое падение напряжение на диоде, В

I – сила тока через диод, А

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

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

падение напряжение на диоде в прямом включении

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

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

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

падение напряжения на диоде Шоттки при прямом включении

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

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


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

график зависимости прямого тока от напряжения

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

Диод Шоттки в ВЧ цепях

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

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

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

и будем снимать с них показания

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

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

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

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

Обратный ток утечки

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

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

Он очень мал, но имеет место быть.

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

Замеряем ток утечки

обратный ток утечки диода

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

Давайте теперь повторим этот же самый опыт с диодом Шоттки

обратный ток утечки диода Шоттки

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

схема пик детектора

В этом случае эти 20 мкА будут весьма значительны.

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

зависимость обратного тока утечки от температуры корпуса диода Шоттки

Поэтому, вы не можете использовать Шоттки везде в схемах.

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

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

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

Применение диодов Шоттки


Диоды Шоттки находят достаточно широкое применение. Их можно найти везде, где требуется минимальное прямое падение напряжения, а также в цепях ВЧ. Чаще всего их можно увидеть в компьютерных блоках питания, а также в импульсных стабилизаторах напряжения.

Также эти диоды нашли применение в солнечных панелях, так как солнечные панели генерируют электрический ток только в светлое время суток. Чтобы в темное время суток не было обратного процесса потребления тока от аккумуляторов, в панели монтируют диоды Шоттки

Шоттки в солнечных панелях

В компьютерной технике чаще всего можно увидеть два диода в одном корпусе

Купить дешево можно на китайской площадке али по ссылке. 

При написании данной статьи использовался материал с этого видео

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.

Чем отличается диод шоттки от обычного диода

Многие неисправности в системных блоках питания возникают из-за неполадок вторичных цепей, работающих совместно с источниками питания. Если ранее очень часто выходили из строя силовые транзисторные ключи, то в настоящее время основной проблемой становятся поломки вторичных выпрямителей, основой которых являются диод Шоттки. В нем используется принцип перехода от металла к полупроводнику. Как правило, большая часть таких диодов используется в цепях с низким напряжением.

Положительные качества диода Шоттки

Если в обычных диодах значение прямого падения напряжения составляет примерно от 0,6 до 0,7 вольта, то применение диодов Шоттки позволяет снизить этот показатель от 0,2 до 0,4 вольта. При этом, максимальное обратное напряжение может составлять до нескольких десятков вольт. Этот показатель дает ограничение в применении диодов Шоттки и предполагает их использование только в низковольтных цепях.

При небольшой электрической емкости перехода, становится возможным произвести значительное увеличение рабочей частоты. Благодаря этому свойству, диод нашел довольно широкое применение для интегральных микросхем. В силовых электрических приборах переходы с малой емкостью имеют короткий восстановительный период, что позволяет выпрямителям работать на высоких частотах.

Улучшенные характеристики по сравнению с обычными выпрямителями позволяют эффективно использовать их для импульсных блоков питания и цифровой аппаратуры.

Недостатки

В том случае, когда максимальное обратное напряжение на короткое время превышает допустимый уровень, диод Шоттки полностью выходит из строя. Это необратимый процесс, после которого становится невозможным восстановление первоначальных свойств.

Кроме того наблюдаются повышенные обратные токи, которые возрастают при росте температуры самого кристалла. В случае некачественного тепло-отведения, действие положительной тепловой обратной связи может привести к аварийному перегреванию диода.

В блоках питания диод Шоттки эффективно применяются при выпрямлении токов в каналах. С учетом высокого значения выходного тока, возникает необходимость в быстром действии выпрямителей, для того, чтобы уменьшить их энергетические потери. Этот фактор приводит к значительному увеличению коэффициента полезного действия источников питания. Кроме того, обеспечивается надежная работа силовых транзисторов, установленных в первой части блоков питания.

Таким образом, диоды Шоттки применяются в тех случаях, когда необходимо уменьшить коммутационные динамические потери, а также при устранении коротких замыканий во время переключения. Это устройство является эффективным выпрямительным элементом.

Диод Шоттки – это полупроводниковый электрический выпрямительный элемент, где в качестве барьера используется переход металл-полупроводник. В результате приобретаются полезные свойства: высокое быстродействие и малое падение напряжения в прямом направлении.

Из истории открытия диодов Шоттки

Выпрямительные свойства перехода металл-полупроводник впервые замечены в 1874 году Фердинандом Брауном на примере сульфидов. Пропуская ток в прямом и обратном направлении, он отметил разницу в 30%, что в корне противоречило известному закону Ома. Браун не смог объяснить происходящего, но, продолжив исследования, установил, что и сопротивление участка пропорционально протекающему току. Что также выглядело необычно.

Опыты повторились физиками. К примеру, Вернер Сименс отметил похожие свойства селена. Браун установил, что свойства конструкции проявляются наиболее ярко при небольшом размере контактов, приложенных к кристаллу сульфида. Исследователь применял:

  • подпружиненную проволоку с давлением 1 кг;
  • ртутный контакт;
  • металлизированную медью площадку.

Так на свет появился точечный диод, в 1900 году помешавший нашему соотечественнику Попову взять патент на детектор для радио. В собственных работах Браун излагает исследования марганцевой руды (псиломелана). Прижав контакты к кристаллу струбциной и изолировав губки от токонесущей части, учёный получил превосходные результаты, но применения эффекту в то время не нашлось. Описав, необычные свойства сульфида меди, Фердинанд положил начало твердотельной электронике.

За Брауна практическое применение нашли единомышленники. Профессор Джагдиш Чандра Бос сообщил 27 апреля 1899 года о создании первого детектора-приёмника для работы в паре с радиопередатчиком. Он использовал галенит (оксид свинца) в паре с простым проводом и поймал волны миллиметрового диапазона. В 1901 году запатентовал своё детище. Не исключено, что под влиянием слухов о Попове. Детектор Боса использован в первой трансатлантической радиопередаче Маркони. Аналогичного рода устройства на кристалле кремния запатентовал в 1906 году Гринлиф Уиттер Пиккард.

Гринлиф Уиттер Пиккард

В своей речи на вручении Нобелевской премии в 1909 году Браун отметил, что не понимает принципов открытого им явления, зато обнаружил целый ряд материалов, проявляющих новые свойства. Это уже упомянутый выше галенит, пирит, пиролюзит, тетраэдрит и ряд прочих. Перечисленные материалы привлекли внимание по простой причине: проводили электрический ток, хотя считались соединениями элементов таблицы Менделеева. Прежде подобные свойства считались прерогативой простых металлов.

Наконец, в 1926 году уже появились первые транзисторы с барьером Шоттки, а теорию под явление подвёл Уильям Брэдфорд Шокли в 1939 году. Тогда же Невилл Франсис Мот объяснил явления, происходящие в на стыке двух материалов, вычислив ток диффузии и дрейфа основных носителей заряда. Вальтер Шоттки дополнил теорию, заменив линейное электрическое поле затухающим и добавив представление о донорах ионов, расположенных в приповерхностном слое полупроводника. Объёмный заряд на границе раздела под слоем металла назвали именем учёного.

Схожие попытки подведения теории под имеющийся факт предпринимал Давыдов в 1939 году, но неправильно дал лимитирующие факторы для тока и допустил прочие ошибки. Самые правильные выводы сделал Ханс Альбрехт Бете в 1942 году, увязавший ток с термоэлектронной эмиссией носителей сквозь потенциальный барьер на границе двух материалов. Таким образом, современное название явления и диодов должно бы носить имя последнего учёного, теория Шоттки обнаруживала изъяны.

Теоретические исследования упираются в сложность измерения работы выхода электронов из материала в вакуум. Даже для химически инертного и стабильного металла золота определённые показания разнятся от 4 до 4,92 эВ. При высокой степени вакуума, в отсутствие ртути от насоса или масляной плёнки, получаются значения в 5,2 эВ. С развитием технологии в будущем предвидятся значения точнее. Иным вариантом решения станет использование сведений об электроотрицательности материалов для правильного предсказания событий на границе перехода. Эти величины (по шкале Поллинга) известны с точностью до 0,1 эВ. Из сказанного понятно: сегодня правильно предсказать высоту барьера по указанным методикам и, следовательно, выпрямительные свойства диодов Шоттки не представляется возможным.

Лучшие способы определения высоты барьера Шоттки

Высоту допустимо определить по известной формуле (см. рис). Где С – коэффициент, слабо зависящий от температуры. Зависимость от приложенного напряжения Va, несмотря на сложную форму считается почти линейной. Угол наклона графика составляет q/ kT. Высоту барьера определяют по графику зависимости lnJ от 1/Т при фиксированном напряжении. Расчёт ведётся по углу наклона.

Формула для расчётов

Альтернативный метод состоит в облучении перехода металл-полупроводник светом. Используются способы:

  1. Свет проходит через толщу полупроводника.
  2. Свет падает прямо на чувствительную площадку фотоэлемента.

Если энергия фотона укладывается в промежуток энергий между запрещённой зоной полупроводника и высотой барьера, наблюдается эмиссия электронов из металла. Когда параметр выше обоих указанных величин, выходной ток резко возрастает, что легко заметно на установке для эксперимента. Указанный метод позволяет установить, что работы выхода для одинакового полупроводника, с разными типами типами проводимости (n и p), в сумме дают ширину запрещённой зоны материала.

Новым методом для определения высоты барьера Шоттки служит измерение ёмкости перехода в зависимости от приложенного обратного напряжения. График показывает вид прямой, пересекающей ось абсцисс в точке, характеризующей искомую величину. Результат экспериментов сильно зависит от качества подготовки поверхности. Изучение технологических методов обработки показывает, что травление в плавиковой кислоте оставляет на образце из кремния слой оксидной плёнки толщиной 10 — 20 ангстрем.

Неизменно отмечается эффект старения. Меньше характерен для диодов Шоттки, образованных путём скола кристалла. Высоты барьеров отличаются для конкретного материала, в отдельных случаях сильно зависят от электроотрицательности металлов. Для арсенида галлия фактор почти не проявляется, в случае с сульфидом цинка играет решающую роль. Зато в последнем случае слабое действие оказывает качество подготовки поверхности, для GaAs это крайне важно. Сульфид кадмия находится в промежуточном положении относительно указанных материалов.

При исследовании оказалось, что большинство полупроводников ведёт себя подобно GaAs, включая кремний. Мид объяснил это тем, что на поверхности материала образуется ряд формаций, где энергия электронов лежит в области трети запрещённой зоны от зоны валентности. В результате при контакте с металлом уровень Ферми в последнем стремится занять схожее положение. История повторяется с любым проводником. Одновременно высота барьера становится разницей между уровнем Ферми и краем зоны проводимости в полупроводнике.

Сильное влияние электроотрицательности металла наблюдается в материалах с ярко выраженными ионными связями. Это прежде всего четырёхвалентный оксид кремния и сульфид цинка. Объясняется указанный факт отсутствием формаций, влияющих на уровень Ферми в металле. В заключение добавим, что исчерпывающей теории по поводу рассматриваемого вопроса сегодня не создано.

Преимущества диодов Шоттки

Не секрет, что диоды Шоттки служат выпрямителями на выходе импульсных блоков питания. Производители упирают на то, что потери мощности и нагрев в этом случае намного ниже. Установлено, что падение напряжения при прямом включении на диоде Шоттки меньше в 1,5 – 2 раза, нежели в любом типе выпрямителей. Попробуем объяснить причину.

Рассмотрим работу обычного p-n-перехода. При контакте материалов с двумя разными типами проводимости начинается диффузия основных носителей за границу контакта, где они уже не основные. В физике это называется запирающим слоем. Если на n-область подать положительный потенциал, основные носители электроны моментально притянутся в выводу. Тогда запирающий слой расширится, ток не течёт. При прямом включении основные носители, напротив, наступают на запирающий слой, где активно с ним рекомбинируют. Переход открывается, течёт ток.

Выходит, ни открыть, ни закрыть простой диод мгновенно не получится. Идут процессы образования и ликвидация запирающего слоя, требующие времени. Диод Шоттки ведёт себя чуть по-иному. Приложенное прямое напряжение открывает переход, но инжекции дырок в n-полупроводник практически не происходит, барьер для них велик, в металле таких носителей мало. При обратном включении в сильно легированных полупроводниках способен течь туннельный ток.

Читатели, ознакомленные с темой Светодиодное освещение, уже в курсе, что первоначально в 1907 году Генри Джозеф Раунд сделал открытие на кристаллическом детекторе. Это диод Шоттки в первом приближении: граница металла и карбида кремния. Разница в том, что сегодня используют полупроводник n-типа и алюминий.

Диод Шоттки умеет не только светиться: для этих целей используют p-n-переход. Контакт металл-полупроводник не всегда становится выпрямляющим. В последнем случае называется омическим и входит в состав большинства транзисторов, где его паразитные эффекты излишни и вредны. Каким будет переход, зависит от высоты барьера Шоттки. При больших значениях параметра, превышающих температурную энергию, появляются выпрямительные свойства. Свойства определяется разностью работы выхода металла (в вакууме) и полупроводника, либо электронным сродством.

Свойства перехода зависят от применяемых материалов и от геометрических размеров. Объёмный заряд в рассматриваемом случае меньше, нежели при контакте двух полупроводников разного типа, значит, время переключения значительно снижается. В типичном случае укладывается в диапазон от сотен пс до десятков нс. Для обычных диодов минимум на порядок выше. В теории это выглядит как отсутствие повышения уровня барьера при приложенном обратном напряжении. Легко объяснить и малое падение напряжения тем, что часть перехода составлена чистым проводником. Актуально для приборов, рассчитанных на сравнительно низкие напряжения в десятки вольт.

Сообразно свойствам диодов Шоттки они находят широкое применение в импульсных блоках питания для бытовой техники. Это позволяет снизить потери, улучшить тепловой режим работы выпрямителей. Малая площадь перехода обусловливает низкие напряжения пробоя, что слегка компенсируется увеличением площади металлизации на кристалле, охватывающей часть изолированной оксидом кремния области. Эта площадь, напоминающая конденсатор, при обратном включении диода обедняет прилегающие слои основными носителями заряда, значительно улучшая показатели.

Благодаря быстродействию диоды Шоттки активно применяются в интегральных схемах, нацеленных на использование высоких частот — рабочих и частот синхронизации.

В электроустановках, как вы знаете, имеет огромное применение силовые полупроводниковые приборы — промышленные диоды. Это стабилитроны, диоды Зенера и гость нашей статьи — диод Шоттки.

Что такое диод Шоттки(наречен в честь немецкого физика Вальтера Шоттки), могу сказать кратко – он отличается от других диодов принципом работы основанный на выпрямляющем контакте металл – полупроводник. Этот эффект может получиться в двух случаях: для диода n-типа –если в полупроводнике работа выхода меньше чем металла, для диода р-типа – если работа выхода полупроводника больше чем металла. Наибольшей популярностью пользуются диоды Шоттки вида n-типа из-за высокой подвижностью электронов, сравнимо с подвижностью дырок.

Рис 1. Вид диода Шоттки в разрезе

Плюсы и минусы

Для сравнения берем биполярный диод. Как говорится: сразу в огонь, начнем с недостатка, а он считаю самый важный. У диодов Шоттки огромный обратный ток.

С минусами все, теперь хорошее, плюсы.

  • Во-первых, считаю, что диоды Шоттки являются наиболее быстродействующими. Так же можно учитывать плюсом прямое падение напряжения при таком же токе на несколько десятых вольта меньше как у биполярных.
  • Во-вторых, можно добавить, что у данных диодов не накапливается не основные носители заряда, так как ток в полупроводнике проходит по принципу дрейфа. Про этот механизм расскажу в следующих статьях.

Структура диода Шоттки.

Огромное количество диодов Шоттки изготавливаются по планарной технологии с эпитаксиальным n-слоем, на поверхности которого создают оксидный слой, в котором образуются окна для формирования барьера. В роли последнего используются такие металлы: молибден, титан, платина, никель. По всей площади контактной области формируется кольцо кремния р-типа( рис 2 а), которое будет служить уменьшением краевых токов утечки.

Рис 2 а.,б.

Работает «охранное» кольцо таким способом: степень легирования и размеры р-области проектируется таким образом, чтобы при перенапряжениях на приборе ток пробоя протекал именно через р-n-преход, а не через контакт Шоттки.

Здесь мы видим, что области р-типа сформированы непосредственно в активной области перехода Шоттки. Поскольку в такой конструкции имеется два типа перехода – переход металл-кремний и р-n-переход,- по своим свойствам и характеристикам она занимает промежуточное положение. Благодаря переходу Шоттки, она имеет минимальные токи утечки, а из наличия р-n-перехода — большие напряжения при прямом смещении.

Также конструкция, приведенная на рисунке 2 б, обладает повышенной устойчивостью к действию разряда статического электричества. Это следует из принципа работы, который заключается в том, что объемные токи утечки замыкаются на обедненной области р-n-перехода, тем самым уменьшая электрическое поле на границе раздела металл-полупроводник при прямом смещении, области пространственного р-n-переходов имеют минимальную ширину, и вольт-амперная характеристика (ВАХ) рис.3 диода близка к ВАХ типовой конструкции диода. При обратных же напряжениях область обеднения р-n-перехода увеличивается по мере увеличения прикладываемого напряжения и ОПЗ соседних р-n-переходов смыкается, образуя своего рода «экран», защищающий контакт Me-Si высоких напряжений, которые могут вызвать большие объемные токи утечки.

Рис.3 Вольт-амперная характеристика диода Шоттки

Принцип действия

Вольт-амперная характеристика диода Шоттки, смещенного в прямом направлении, определяется формулой

которая по форме совпадает с ВАХ р-n-перехода, однако ток J0 гораздо выше, чем Js (типовые значения диода Шоттки Al-Si при 25 С J0 = 1.6 *10 -5 А/см 2 , а для р-n-перехода при Nd=Na=10 16 А/см 3 , Js=10 -10 А/см 2 )

При прямом смещении диода Шоттки к прямому падению напряжения на переходе добавляется напряжение на самом полупроводнике. Сопротивление этой области содержит две составляющие: сопротивление слаболегированной эпитаксиальной пленки (n — ) и сопротивление сильнолегированной подложки (n + ). Для диода Шоттки с низким допустимым напряжением (менее 40 В) эти два сопротивления оказываются одного порядка, поскольку n + область значительно длиннее (n — ) области (примерно 500 и 5 мкм, соответственно). Общее сопротивление кремния площадью 1 см 2 составляет в таком случае от 0,5 до 1 мОм, создавая падение напряжения в полупроводнике от 50 до 100 мВ при токе 100А.

Если диод Шоттки выполняется на допустимое обратное напряжение более 40 В, сопротивление слаболегированной области возрастает очень быстро, поскольку для создания более высокого напряжения требуется более протяженная слаболегированная область и еще более низкая концентрация носителей. В результате оба фактора приводят к возрастанию сопротивления (n — ) области диода.

Конструкторско-технологические приемы.

Большое сопротивление является одной из причин того, что обычные кремниевые диоды Шоттки не выполняются на напряжение свыше 200 В.

Для снижения обратных токов утечки, повышение устойчивости к разрядам статического электричества используются различные приемы.

Так, для снижения токов утечки и выхода годных диодов Шоттки в окне под барьерный слой делают углубление 0,05 мкм, а после формировании углубления в эпитаксиальном слое проводят отжиг при температуре 650 град. В среде азота в течении 2-6 часов.

Снижение обратных токов молибденовых диодов Шоттки добиваются путем создания геттерирующего слоя перед нанесением эпитаксиального слоя полированием обратной стороны подложки свободным абразивом, а после металлизации электрода Шоттки удаляют геттерирующий слой.

При выдерживании оптимальных соотношений между шириной и глубиной охранного кольца также можно существенно обратные токи утечки и повысить устойчивость к статики.

Пишите комментарии,дополнения к статье, может я что-то пропустил. Загляните на карту сайта, буду рад если вы найдете на моем сайте еще что-нибудь полезное.

Диод Шоттки — это… Что такое Диод Шоттки?

Условное обозначение диода Шоттки НЕ по ГОСТ 2.730-73 Структура детекторного диода Шоттки : 1 — полупроводниковая подложка; 2 — эпитаксиальная плёнка; 3 — контакт металл — полупроводник; 4 — металлическая плёнка; 5 — внешний контакт

Диод Шоттки (также правильно Шотки, сокращённо ДШ) — полупроводниковый диод с малым падением напряжения при прямом включении. Назван в честь немецкого физика Вальтера Шоттки. 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.

Свойства диодов Шоттки

Достоинства

  • В то время, как обычные кремниевые диоды имеют прямое падение напряжения около 0,6—0,7 вольт, применение диодов Шоттки позволяет снизить это значение до 0,2—0,4 вольт. Столь малое прямое падение напряжения присуще только диодам Шоттки с максимальным обратным напряжением порядка десятков вольт, выше же падение напряжения становится сравнимым с аналогичным параметром кремниевых диодов, что ограничивает применение диодов Шоттки.
  • Барьер Шоттки (открыл нем. физик Вальтер Шоттки — Walter Schottky) также имеет меньшую электрическую ёмкость перехода, что позволяет заметно повысить рабочую частоту. Это свойство используется в интегральных микросхемах, где диодами Шоттки шунтируются переходы транзисторов логических элементов. В силовой электронике малое время восстановления позволяет строить выпрямители на частоты в сотни кГц и выше. Например, диод MBR4015 (15 В, 40 А), оптимизированный под высокочастотное выпрямление, нормирован для работы при dV/dt до 10 кВ/мкс.

Недостатки

  • при кратковременном превышении максимального обратного напряжения диод Шоттки необратимо выходит из строя (КЗ — короткое замыкание), в отличие от обычных кремниевых p-n диодов, которые переходят в режим обратимого[1] пробоя, и, при условии непревышения рассеиваемой на диоде максимальной мощности после падения напряжения, диод полностью восстанавливает свои свойства.
  • диоды Шоттки характеризуются повышенными (относительно обычных кремниевых p-n диодов) обратными токами, возрастающими с ростом температуры кристалла. Для 30CPQ150 обратный ток при максимальном обратном напряжении изменяется от 0,12 мА при +25 °C до 6,0 мА при +125 °C. У низковольтных диодов в корпусах ТО220 обратный ток может превышать сотни миллиампер (MBR4015 — до 600 мА при +125 °C). При неудовлетворительных условиях теплоотвода у диодов Шоттки может возникнуть тепловая положительная обратная связь, приводящая к тепловому пробою его полупроводниковой структуры.

Номенклатура диодов Шоттки

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 (т.к. представляет из себя 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-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.

Ссылки

  1. Статья «Полупроводниковый диод» в БСЭ

Как отличить диод шоттки от обычного диода

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.

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.

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.

Диод Шоттки – это полупроводниковый электрический выпрямительный элемент, где в качестве барьера используется переход металл-полупроводник. В результате приобретаются полезные свойства: высокое быстродействие и малое падение напряжения в прямом направлении.

Из истории открытия диодов Шоттки

Выпрямительные свойства перехода металл-полупроводник впервые замечены в 1874 году Фердинандом Брауном на примере сульфидов. Пропуская ток в прямом и обратном направлении, он отметил разницу в 30%, что в корне противоречило известному закону Ома. Браун не смог объяснить происходящего, но, продолжив исследования, установил, что и сопротивление участка пропорционально протекающему току. Что также выглядело необычно.

Опыты повторились физиками. К примеру, Вернер Сименс отметил похожие свойства селена. Браун установил, что свойства конструкции проявляются наиболее ярко при небольшом размере контактов, приложенных к кристаллу сульфида. Исследователь применял:

  • подпружиненную проволоку с давлением 1 кг;
  • ртутный контакт;
  • металлизированную медью площадку.

Так на свет появился точечный диод, в 1900 году помешавший нашему соотечественнику Попову взять патент на детектор для радио. В собственных работах Браун излагает исследования марганцевой руды (псиломелана). Прижав контакты к кристаллу струбциной и изолировав губки от токонесущей части, учёный получил превосходные результаты, но применения эффекту в то время не нашлось. Описав, необычные свойства сульфида меди, Фердинанд положил начало твердотельной электронике.

За Брауна практическое применение нашли единомышленники. Профессор Джагдиш Чандра Бос сообщил 27 апреля 1899 года о создании первого детектора-приёмника для работы в паре с радиопередатчиком. Он использовал галенит (оксид свинца) в паре с простым проводом и поймал волны миллиметрового диапазона. В 1901 году запатентовал своё детище. Не исключено, что под влиянием слухов о Попове. Детектор Боса использован в первой трансатлантической радиопередаче Маркони. Аналогичного рода устройства на кристалле кремния запатентовал в 1906 году Гринлиф Уиттер Пиккард.

Гринлиф Уиттер Пиккард

В своей речи на вручении Нобелевской премии в 1909 году Браун отметил, что не понимает принципов открытого им явления, зато обнаружил целый ряд материалов, проявляющих новые свойства. Это уже упомянутый выше галенит, пирит, пиролюзит, тетраэдрит и ряд прочих. Перечисленные материалы привлекли внимание по простой причине: проводили электрический ток, хотя считались соединениями элементов таблицы Менделеева. Прежде подобные свойства считались прерогативой простых металлов.

Наконец, в 1926 году уже появились первые транзисторы с барьером Шоттки, а теорию под явление подвёл Уильям Брэдфорд Шокли в 1939 году. Тогда же Невилл Франсис Мот объяснил явления, происходящие в на стыке двух материалов, вычислив ток диффузии и дрейфа основных носителей заряда. Вальтер Шоттки дополнил теорию, заменив линейное электрическое поле затухающим и добавив представление о донорах ионов, расположенных в приповерхностном слое полупроводника. Объёмный заряд на границе раздела под слоем металла назвали именем учёного.

Схожие попытки подведения теории под имеющийся факт предпринимал Давыдов в 1939 году, но неправильно дал лимитирующие факторы для тока и допустил прочие ошибки. Самые правильные выводы сделал Ханс Альбрехт Бете в 1942 году, увязавший ток с термоэлектронной эмиссией носителей сквозь потенциальный барьер на границе двух материалов. Таким образом, современное название явления и диодов должно бы носить имя последнего учёного, теория Шоттки обнаруживала изъяны.

Теоретические исследования упираются в сложность измерения работы выхода электронов из материала в вакуум. Даже для химически инертного и стабильного металла золота определённые показания разнятся от 4 до 4,92 эВ. При высокой степени вакуума, в отсутствие ртути от насоса или масляной плёнки, получаются значения в 5,2 эВ. С развитием технологии в будущем предвидятся значения точнее. Иным вариантом решения станет использование сведений об электроотрицательности материалов для правильного предсказания событий на границе перехода. Эти величины (по шкале Поллинга) известны с точностью до 0,1 эВ. Из сказанного понятно: сегодня правильно предсказать высоту барьера по указанным методикам и, следовательно, выпрямительные свойства диодов Шоттки не представляется возможным.

Лучшие способы определения высоты барьера Шоттки

Высоту допустимо определить по известной формуле (см. рис). Где С – коэффициент, слабо зависящий от температуры. Зависимость от приложенного напряжения Va, несмотря на сложную форму считается почти линейной. Угол наклона графика составляет q/ kT. Высоту барьера определяют по графику зависимости lnJ от 1/Т при фиксированном напряжении. Расчёт ведётся по углу наклона.

Формула для расчётов

Альтернативный метод состоит в облучении перехода металл-полупроводник светом. Используются способы:

  1. Свет проходит через толщу полупроводника.
  2. Свет падает прямо на чувствительную площадку фотоэлемента.

Если энергия фотона укладывается в промежуток энергий между запрещённой зоной полупроводника и высотой барьера, наблюдается эмиссия электронов из металла. Когда параметр выше обоих указанных величин, выходной ток резко возрастает, что легко заметно на установке для эксперимента. Указанный метод позволяет установить, что работы выхода для одинакового полупроводника, с разными типами типами проводимости (n и p), в сумме дают ширину запрещённой зоны материала.

Новым методом для определения высоты барьера Шоттки служит измерение ёмкости перехода в зависимости от приложенного обратного напряжения. График показывает вид прямой, пересекающей ось абсцисс в точке, характеризующей искомую величину. Результат экспериментов сильно зависит от качества подготовки поверхности. Изучение технологических методов обработки показывает, что травление в плавиковой кислоте оставляет на образце из кремния слой оксидной плёнки толщиной 10 — 20 ангстрем.

Неизменно отмечается эффект старения. Меньше характерен для диодов Шоттки, образованных путём скола кристалла. Высоты барьеров отличаются для конкретного материала, в отдельных случаях сильно зависят от электроотрицательности металлов. Для арсенида галлия фактор почти не проявляется, в случае с сульфидом цинка играет решающую роль. Зато в последнем случае слабое действие оказывает качество подготовки поверхности, для GaAs это крайне важно. Сульфид кадмия находится в промежуточном положении относительно указанных материалов.

При исследовании оказалось, что большинство полупроводников ведёт себя подобно GaAs, включая кремний. Мид объяснил это тем, что на поверхности материала образуется ряд формаций, где энергия электронов лежит в области трети запрещённой зоны от зоны валентности. В результате при контакте с металлом уровень Ферми в последнем стремится занять схожее положение. История повторяется с любым проводником. Одновременно высота барьера становится разницей между уровнем Ферми и краем зоны проводимости в полупроводнике.

Сильное влияние электроотрицательности металла наблюдается в материалах с ярко выраженными ионными связями. Это прежде всего четырёхвалентный оксид кремния и сульфид цинка. Объясняется указанный факт отсутствием формаций, влияющих на уровень Ферми в металле. В заключение добавим, что исчерпывающей теории по поводу рассматриваемого вопроса сегодня не создано.

Преимущества диодов Шоттки

Не секрет, что диоды Шоттки служат выпрямителями на выходе импульсных блоков питания. Производители упирают на то, что потери мощности и нагрев в этом случае намного ниже. Установлено, что падение напряжения при прямом включении на диоде Шоттки меньше в 1,5 – 2 раза, нежели в любом типе выпрямителей. Попробуем объяснить причину.

Рассмотрим работу обычного p-n-перехода. При контакте материалов с двумя разными типами проводимости начинается диффузия основных носителей за границу контакта, где они уже не основные. В физике это называется запирающим слоем. Если на n-область подать положительный потенциал, основные носители электроны моментально притянутся в выводу. Тогда запирающий слой расширится, ток не течёт. При прямом включении основные носители, напротив, наступают на запирающий слой, где активно с ним рекомбинируют. Переход открывается, течёт ток.

Выходит, ни открыть, ни закрыть простой диод мгновенно не получится. Идут процессы образования и ликвидация запирающего слоя, требующие времени. Диод Шоттки ведёт себя чуть по-иному. Приложенное прямое напряжение открывает переход, но инжекции дырок в n-полупроводник практически не происходит, барьер для них велик, в металле таких носителей мало. При обратном включении в сильно легированных полупроводниках способен течь туннельный ток.

Читатели, ознакомленные с темой Светодиодное освещение, уже в курсе, что первоначально в 1907 году Генри Джозеф Раунд сделал открытие на кристаллическом детекторе. Это диод Шоттки в первом приближении: граница металла и карбида кремния. Разница в том, что сегодня используют полупроводник n-типа и алюминий.

Диод Шоттки умеет не только светиться: для этих целей используют p-n-переход. Контакт металл-полупроводник не всегда становится выпрямляющим. В последнем случае называется омическим и входит в состав большинства транзисторов, где его паразитные эффекты излишни и вредны. Каким будет переход, зависит от высоты барьера Шоттки. При больших значениях параметра, превышающих температурную энергию, появляются выпрямительные свойства. Свойства определяется разностью работы выхода металла (в вакууме) и полупроводника, либо электронным сродством.

Свойства перехода зависят от применяемых материалов и от геометрических размеров. Объёмный заряд в рассматриваемом случае меньше, нежели при контакте двух полупроводников разного типа, значит, время переключения значительно снижается. В типичном случае укладывается в диапазон от сотен пс до десятков нс. Для обычных диодов минимум на порядок выше. В теории это выглядит как отсутствие повышения уровня барьера при приложенном обратном напряжении. Легко объяснить и малое падение напряжения тем, что часть перехода составлена чистым проводником. Актуально для приборов, рассчитанных на сравнительно низкие напряжения в десятки вольт.

Сообразно свойствам диодов Шоттки они находят широкое применение в импульсных блоках питания для бытовой техники. Это позволяет снизить потери, улучшить тепловой режим работы выпрямителей. Малая площадь перехода обусловливает низкие напряжения пробоя, что слегка компенсируется увеличением площади металлизации на кристалле, охватывающей часть изолированной оксидом кремния области. Эта площадь, напоминающая конденсатор, при обратном включении диода обедняет прилегающие слои основными носителями заряда, значительно улучшая показатели.

Благодаря быстродействию диоды Шоттки активно применяются в интегральных схемах, нацеленных на использование высоких частот — рабочих и частот синхронизации.

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.

Универсальные и импульсные диоды: Диоды Шоттки

 

Диоды с барьером Шоттки (их также называют диоды Шоттки, а в специальной литературе и технической документации встречается аббревиатура ДБШ) — это полупроводниковые приборы, построенные на основе структуры металл-полупроводник. Такой электрический переход 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 емкостью.

Импульсные (высокочастотные) свойства диодов Шоттки определяются их граничной рабочей частотой: \(f_р = \cfrac{1}{2 \pi r_с C_б}\), где \(r_с\) — сопротивление перехода, \(C_б\) — барьерная емкость. В диодах Шоттки предельная частота значительно выше, чем у диодов на \(p\)-\(n\)-переходах. Это достигается как за счет технологии изготовления диодов, так и выбором оптимальной конструкции.

Диоды Шоттки изготавливаются обычно на основе кремния (Si) или арсенида галлия (GaAs), реже — на основе германия (Ge), а для приборов субмиллиметрового диапазона длинн волн находят применение такие материалы как фосфид индия (InP) и арсенид галлия-индия (InGaAs). Выбор металла для контакта с полупроводником определяет многие параметры диода. В первую очередь важна 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.

Диоды Шоттки используются для выпрямления малых напряжений высокой частоты, в высокочастотных смесителях, в ключах и коммутаторах, умножителях частоты и других быстродействующих импульсных цепях. Например, включение диода Шоттки между базой и коллектором биполярного транзистора, работающего в ключевом режиме, позволяет предотвратить накопление избыточных носителей заряда в базовой области транзистора, тем самым сократив время срабатывания ключа.

Часто переходы Шоттки вводят непосредственно в полупроводниковые структуры разных электронных приборов (биполярных и полевых транзисторов, тиристоров и т.д.) для улучшения их импульсных характеристик. Упомянутое выше, включение диода Шоттки между базой и коллектором биполярного транзистора можно реализовать на интегральном уровне, раширив контакт базы на коллекторную область — так называемый транзистор Шоттки, который широко используется в цифровых микросхемах и является основой логики ТТЛШ. Аналогичным образом в полевых транзисторах с управляющим переходом замена обычного p-n-перехода на переход Шоттки позволяет существенно улучшить импульсные и частотные характеристики (см. Полевые транзисторы Шоттки).

Прямая ветвь ВАХ у диодов Шоттки подчиняется экспоненциальному закону в широком диапазоне токов, что позволяет их использовать как прецизионные логарифмирующие элементы (см. Схемы логарифмирования сигналов).

Важной особенностью диодов Шоттки является меньшее прямое падение напряжения (примерно на 0,2 В) по сравнению с обычными диодами, что делает их очень удобными (более эффективными) для использования не только в импульсной, но и в силовой электронике. В связи с этим широкое распространение получили также выпрямительные диоды с барьером Шоттки.

В различной литературе часто можно встретить специальное обозначение для диодов Шоттки (рис. 2.4‑1), которое обычно применяется только тогда, когда необходимо сделать особенный акцент на том, что используемые в схеме диоды — это диоды Шоттки.

 

Рис. 2.4-1. Обозначение диода Шоттки

 

 

< Предыдущая   Следующая >

Диод Шоттки — определение, символы, 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 либо непрямым, либо 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.

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

ср знать, 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 энергетической зоны 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 n-типа 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 соединена с металлом 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 и 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.

обратное напряжение 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

The 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 передний падение напряжения или низкое напряжение включения

The 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. П-Н переходной диод

Диод Шоттки — что это? — ES Components

Диод Шоттки (назван в честь немецкого физика Вальтера Х.Шоттки), также известный как диод с барьером Шоттки или диод с горячими носителями , представляет собой полупроводниковый диод, образованный соединением полупроводника с металлом. Он имеет низкое прямое падение напряжения и очень быстрое переключение. Детекторы «кошачьи усы», использовавшиеся на заре появления беспроводных и металлических выпрямителей, используемых в первых источниках питания, можно считать примитивными диодами Шоттки.

Когда приложено достаточное прямое напряжение, ток течет в прямом направлении.Кремниевый диод имеет типичное прямое напряжение 600–700 мВ, в то время как прямое напряжение Шоттки составляет 150–450 мВ. Это более низкое требование к прямому напряжению обеспечивает более высокую скорость переключения и лучшую эффективность системы.

Переход металл – полупроводник образуется между металлом и полупроводником, создавая барьер Шоттки (вместо перехода полупроводник – полупроводник, как в обычных диодах). Типичными используемыми металлами являются молибден, платина, хром или вольфрам, а также некоторые силициды (например,например, силицид палладия и силицид платины), тогда как полупроводник обычно представляет собой кремний n-типа. Металлическая сторона действует как анод, а полупроводник n-типа действует как катод диода; это означает, что обычный ток может течь от металлической стороны к полупроводниковой, но не в обратном направлении. Этот барьер Шоттки приводит как к очень быстрому переключению, так и к низкому прямому падению напряжения.

Выбор комбинации металла и полупроводника определяет прямое напряжение диода.Полупроводники n- и p-типа могут создавать барьеры Шоттки. Однако р-тип обычно имеет гораздо более низкое прямое напряжение. Поскольку обратный ток утечки резко увеличивается с понижением прямого напряжения, он не может быть слишком низким, поэтому обычно используемый диапазон составляет около 0,5–0,7 В, а полупроводники p-типа используются лишь изредка. Силицид титана и другие тугоплавкие силициды, которые способны выдерживать температуры, необходимые для отжига истока / стока в процессах КМОП, обычно имеют слишком низкое прямое напряжение, чтобы их можно было использовать, поэтому в процессах с использованием этих силицидов обычно не используются диоды Шоттки.[требуется пояснение]

При увеличении легирования полупроводника ширина обедненной области уменьшается. Ниже определенной ширины носители заряда могут туннелировать через обедненную область. При очень высоких уровнях легирования переход больше не ведет себя как выпрямитель и становится омическим контактом. Это может быть использовано для одновременного формирования омических контактов и диодов, поскольку между силицидом и слаболегированной областью n-типа образуется диод, а между силицидом и сильно легированной областью n- или p-типа образуется омический контакт. .Слаболегированные области p-типа создают проблему, поскольку результирующий контакт имеет слишком высокое сопротивление для хорошего омического контакта, но слишком низкое прямое напряжение и слишком высокую обратную утечку, чтобы сделать хороший диод.

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

Диоды Шоттки часто используются как фиксаторы антинасыщения в транзисторах Шоттки. Диоды Шоттки, изготовленные из силицида палладия (PdSi) [необходимо пояснение], превосходны благодаря более низкому прямому напряжению (которое должно быть ниже прямого напряжения перехода база-коллектор). Температурный коэффициент Шоттки ниже, чем коэффициент перехода B – C, что ограничивает использование PdSi при более высоких температурах.

Для силовых диодов Шоттки важными становятся паразитные сопротивления скрытого слоя n + и эпитаксиального слоя n-типа. Сопротивление эпитаксиального слоя более важно, чем для транзистора, поскольку ток должен проходить по всей его толщине. Однако он служит в качестве распределенного балластирующего резистора по всей площади перехода и, в обычных условиях, предотвращает локальный тепловой пробой.

По сравнению с силовыми p – n-диодами, диоды Шоттки менее надежны.Переход находится в прямом контакте с термочувствительной металлизацией, поэтому диод Шоттки может рассеивать меньше энергии, чем аналог p-n аналогичного размера с глубоко скрытым переходом до выхода из строя (особенно во время обратного пробоя). Относительное преимущество более низкого прямого напряжения диодов Шоттки уменьшается при более высоких прямых токах, где в падении напряжения преобладает последовательное сопротивление

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

Хотя более высокие обратные напряжения достижимы, они представляют более высокое прямое напряжение, сравнимое с другими типами стандартных диодов. Такие диоды Шоттки не имели бы никаких преимуществ, если бы не требовалась большая скорость переключения.

Диод с барьером 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.

Несмотря на то, что это был один из первых типов диодов, когда-либо созданных, 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 используемым именем для этого типа диода является 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 находится в пределах 0.2 и 0,3 вольт для кремниевого диода Шоттки, тогда как стандартный кремниевый диод имеет напряжение включения от 0,6 до 0,7 вольт. Это снижает резистивные потери при использовании в качестве выпрямителя мощности и позволяет обнаруживать более низкие сигналы при использовании в качестве ВЧ-детектора.
  • Низкая емкость перехода: Ввиду очень маленькой активной площади диода Шоттки уровни емкости очень малы.
  • Быстрое время восстановления: Быстрое время восстановления из-за небольшого количества 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 полевых транзисторов 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 ВЧ разъемы Клапаны / трубки Аккумуляторы Переключатели Реле
Вернуться в меню «Компоненты».. .

Диоды Шоттки на основе 2D-материалов для экологического газового мониторинга: обзор новых тенденций, последних разработок и перспектив на будущее

Сообщается, что сверхтонкие слоистые 2D-материалы и их гетеропереходы обладают улучшенными газоочувствительными свойствами из-за их огромного отношения поверхности к объему, активных кромок с атомной толщиной и настраиваемых электронных и механических свойств. Однако традиционные датчики газа химически резистивного типа значительно страдают из-за их низкой селективности и работы при высоких рабочих температурах, что приводит к плохой стабильности и краткосрочному использованию.Соответственно, газовые сенсоры на основе переходов Шоттки были исследованы в последние годы для достижения улучшенных характеристик обнаружения газа с низкими рабочими температурами, высокой чувствительностью, селективностью, и т.д. полупроводниковые материалы с металлами или металлоподобными материалами, в которых либо полупроводник, либо металлоподобный материал является 2D-материалом. Контакт Шоттки между полупроводником и металлом может значительно повысить селективность и чувствительность газовых сенсоров, поскольку барьер Шоттки действует как регулятор «затвора» для тока, проходящего через барьер.Поскольку текущее значение датчиков в основном зависит от высоты барьера Шоттки (SBH), незначительное изменение SBH может привести к большой разнице в токе, которая является основой для улучшенных характеристик чувствительности барьера Шоттки. Здесь рассматриваются основы, принципы работы и последние разработки газовых сенсоров с контактом Шоттки, основанных на двухмерных слоистых материалах. Кроме того, обсуждаются стратегии и настраиваемые подходы для достижения улучшенных характеристик зондирования и будущие направления.

У вас есть доступ к этой статье

Подождите, пока мы загрузим ваш контент… Что-то пошло не так. Попробуйте снова?

Снижение характеристик диодов Шоттки

Снижение характеристик диодов Шоттки

Герд Фишер

В диодах Шоттки

используется переход металл-полупроводник в отличие от переходов полупроводник-полупроводник, используемых в стандартных диодах.Эта конфигурация позволяет снизить падение напряжения прямого смещения (0,15–0,45 В против 0,5–0,7 В) и сократить время переключения, что делает их идеальными для операций переключения источников питания. К недостаткам диодов Шоттки относятся гораздо более высокие значения тока утечки обратного смещения. Поскольку p-n-рекомбинация не влияет на время задержки переключения, только емкость влияет на время обратного переключения.

Эти диоды обычно используются для выпрямления напряжений на выходе источника питания. Их быстрое время отклика и низкое потребление напряжения делают их идеальными для этой цели, и предполагается, что они выполняют эту функцию.Таким образом, мы рассмотрим в первую очередь влияние температуры на падение напряжения прямого смещения, емкость и утечку обратного тока.

Для демонстрации снижения характеристик диодов Шоттки в качестве примеров были выбраны три части.

  • 40L15CT Международный выпрямитель
  • MBR4015CTL ON Semiconductor
  • STPS40L15CT ST Микроэлектроника

Температура в зависимости от прямого смещения

Повышенная температура снижает прямое падение напряжения на выпрямителях Шоттки при токах ниже примерно 50 А.Выше этой точки повышенные температуры увеличивают количество напряжения, используемого устройством.

Поскольку номинальный максимальный рабочий ток составляет 40 А для всех выбранных выпрямителей, повышение температуры будет рассматриваться только как уменьшение прямого падения напряжения во всем рабочем диапазоне выпрямителей. Использование выпрямителей Шоттки более низкого напряжения обычно желательно и поэтому не вызывает беспокойства при работе при повышенных температурах. Снижение номинальных значений прямого тока не требуется до тех пор, пока температура корпуса не достигнет 85 ° C, что не соответствует требованиям к окружающей среде.

Зависимость температуры от обратного смещения

Повышение температуры при сохранении обратного смещения выпрямительных диодов приводит к увеличению обратного тока через диод. На каждые 25 ° C повышения температуры перехода происходит соответствующее увеличение обратного тока на порядок. Диоды Шоттки обычно устанавливаются на радиаторах, чтобы уменьшить эти эффекты. Однако рассеяние тепла может стать важным фактором при повышении температуры окружающей среды, что приведет к еще большему обратному току и большему тепловыделению.

Рассеивание тепла будет критичным и будет зависеть от окружающих условий вокруг диодов, на которое в основном влияют общие условия окружающей среды и близость устройства к другим устройствам, генерирующим тепло.

Функциональные параметры (не указаны в спецификации)

Емкость перехода приведена только для температуры окружающей среды 25 ° C и не показана, так как она зависит от температуры. Однако емкость перехода может увеличиваться при повышении температуры. Это может увеличить время переключения выпрямителей, хотя и не критично, так как рекомбинация p-n практически отсутствует, чтобы еще больше замедлить время.Таким образом, по мере того как время восстановления увеличивается из-за увеличения электрической емкости, оно все равно будет достаточно коротким, чтобы исключить условие теплового разгона.3 Если схема построена с небольшим допуском в отношении времени переключения, это может стать проблемой. , позволяя протекать обратному току при обратном смещении диодов, что приводит к повреждению чувствительных устройств ниже по потоку.

Электрическое перенапряжение (устойчивость)

Выход из строя диодов Шоттки в условиях перенапряжения обычно является результатом электростатического разряда (ESD).Накопление всего лишь 1000–1500 В и последующий разряд достаточно, чтобы повредить эти детали. Обратное смещение является наиболее распространенным условием возникновения электростатического разряда. Результатом этого является сдвиг кривой I-E, который варьируется по степени от небольшого до полного короткого замыкания. Поскольку не ожидается увеличения емкости более чем на 5% при 85 ° C, повышенный риск накопления заряда и электростатического разряда считается незначительным.

Износ

Диод Шоттки выходит из строя редко из-за механизмов износа.Это особенно касается диодов Шоттки, используемых на выходе источников питания, где отказ обычно происходит из-за единственного эффекта обратного тока. Были опубликованы исследования надежности SiC Шоттки, которые показывают срок службы> 50 лет4. Из-за большинства отказов из-за электрического перенапряжения механизмы долговременных отказов диодов Шоттки, как известно, не имели исторического значения.

Заключение

Отказ диода Шоттки в результате повышения температуры почти полностью зависит от надлежащего отвода тепла диода через его радиатор и может быть смягчен путем размещения диодов вдали от других устройств, генерирующих тепло.Отказ сборки из-за измененных рабочих характеристик диода (т. Е. Большего обратного тока) более вероятен, чем прямой отказ самих диодов.

Приложение
Международный выпрямитель, 40L15CT

Перечисленное устройство рассчитано на работу в диапазоне температур перехода от -55 ° C до + 125 ° C. Следствие: Некоторые параметрические характеристики определяются температурой корпуса (макс. 100ºC)

Проблемы с производительностью: Диоды имеют несколько проблемных параметров, включая обратный ток, прямой ток, импульсный ток, поведение при падении напряжения, емкость перехода и потери мощности.Основное внимание уделяется максимально допустимому прямому току и току утечки в обратном направлении смещения. Прямой ток не является проблемой, поскольку снижение номинальных характеристик не требуется до тех пор, пока температура корпуса не достигнет 85 ° C, что находится в пределах требований к окружающей среде. Обратный ток действительно увеличивается на порядки с повышением температуры, и его необходимо учитывать.

Проблемы надежности: Ожидается, что долгосрочная деградация на уровне кристалла не будет проблемой.Повышенная температура в сочетании с повторяющимися циклами включения и выключения питания может вызвать утомление приставки штампа.

на полу, MBR4015CTL

Перечисленное устройство рассчитано на работу в диапазоне температур перехода от -65 ° C до + 125 ° C. Следствие: Некоторые параметрические характеристики определяются температурой корпуса (макс. 125ºC)

Проблемы с производительностью: Диоды имеют несколько проблемных параметров, включая обратный ток, прямой ток, импульсный ток, поведение при падении напряжения, емкость перехода и потери мощности.Основное внимание уделяется максимально допустимому прямому току и току утечки в обратном направлении смещения. Прямой ток не является проблемой, поскольку снижение номинальных характеристик не требуется до тех пор, пока температура корпуса не достигнет 90 ° C, что соответствует требованиям к окружающей среде. Обратный ток действительно увеличивается на порядки с повышением температуры, и его необходимо учитывать.

Проблемы надежности: Ожидается, что долгосрочная деградация на уровне кристалла не будет проблемой.Повышенная температура в сочетании с повторяющимися циклами включения и выключения питания может вызвать утомление приставки штампа.

ST Micro, STP40L15CT

Перечисленное устройство не обеспечивает диапазон температур. Перечислено несколько максимальных температур Максимальная температура перехода + 125 ° C на первой странице спецификации Максимальная температура перехода + 150 ° C на некоторых параметрических диаграммах Максимальная температура окружающей среды + 150 ° C для прямого тока

Проблемы с производительностью: Диоды имеют несколько проблемных параметров, включая обратный ток, прямой ток, импульсный ток, поведение при падении напряжения, емкость перехода и потери мощности.Основное внимание уделяется максимально допустимому прямому току и току утечки в обратном направлении смещения. Прямой ток может быть проблемой, поскольку может потребоваться снижение номинальных характеристик при температуре окружающей среды до 50 ° C. Обратный ток действительно увеличивается на порядки с повышением температуры, и его необходимо учитывать.

Проблемы надежности: Ожидается, что долгосрочная деградация на уровне кристалла не будет проблемой. Повышенная температура в сочетании с повторяющимися циклами включения и выключения питания может вызвать утомление приставки штампа.

ОТКАЗ ОТ ОТВЕТСТВЕННОСТИ

DfR означает, что были предприняты разумные усилия для обеспечения точности и надежности информации, содержащейся в этом отчете. Тем не менее, DfR Solutions не дает никаких явных или подразумеваемых гарантий относительно содержания этого отчета, включая, помимо прочего, наличие каких-либо скрытых или патентных дефектов, товарной пригодности и / или пригодности для конкретного использования. DfR не несет ответственности за потерю использования, выручку, прибыль или любые особые, случайные или косвенные убытки, возникшие в результате, связанные или возникшие в результате информации, представленной в этом отчете.

Семиген | Диоды Шоттки

Semigen | Диоды Шоттки Кремниевые диоды Шоттки

SemiGen предназначены для приложений с частотой до 40 ГГц.В специальном технологическом процессе используются различные металлические схемы для обеспечения отличных характеристик при работе с низкими, средними и высокими барьерами. Конечным результатом является диод с низким сопротивлением и жестко контролируемой емкостью, обеспечивающей оптимальные характеристики. Низкие потери при разговоре и превосходное TSS делают эти диоды идеальными для приложений детекторов / смесителей с частотным диапазоном от S-диапазона до Ka-диапазона, а также в качестве модуляторов, ограничителей мощности и высокоскоростных переключателей.

ПК 10

ПК 19

ПК 20

ПК 25

ПК 28

ПК 32

ПК 37

ПК 50

ПК 75

ПК 100

Низкобарьерные диоды Шоттки

Номер детали Разбивка
Напряжение
@ 10 мкА
МИН
(В)
Нападающий
Напряжение
@ 1 мА
МАКС
(В)
Junction
Емкость
@ 0 В постоянного тока 1 МГц
ТИП
(пФ)
серии
Сопротивление
@ 5 мМ
ТИП
(Ом)
Тангенциальный
Сигнал
Чувствительность
ТИП
(дБ)
SLB100 3.0 0,250 0,14 20,0 -55
SLB101 3,0 0,280 0,20 20,0 -52
SLB102 3,0 0,300 0,12 20,0 -50
SLB103 3.0 0,320 0,14 20,0 -48
SLB104 3,0 0,250 0,15 20,0 -55
SLB105 3,0 0,280 0,15 20,0 -52
SLB106 3.0 0,300 0,12 20,0 -50
SLB107 3,0 0,320 0,14 20,0 -48
SLB108 3,0 0,250 0,14 20,0 -55
SLB109 3.0 0,280 0,15 20,0 -52
SLB110 3,0 0,300 0,14 20,0 -50
SLB111 3,0 0,320 0,25 20,0 -48
SLB112 4.0 0,250 0,20 20,0 -55
SLB113 4,0 0,280 0,15 20,0 -52
SLB114 4,0 0,300 0,12 20,0 -50
SLB115 4.0 0,320 0,15 0,35 -48

Диоды Шоттки со средним барьером

Номер детали Разбивка
Напряжение
@ 10 мкА
МИН
(В)
Нападающий
Напряжение
@ 1 мА
МАКС
(В)
Junction
Емкость
@ 0 В постоянного тока 1 МГц
ТИП
(пФ)
серии
Сопротивление
@ 5 мМ
ТИП
(Ом)
Тангенциальный
Сигнал
Чувствительность
ТИП
(дБ)
SMB200 3.0 0,400 0,14 20,0 -52
SMB201 3,0 0,400 0,20 20,0 -50
SMB202 3,0 0,400 0,12 20,0 -48
SMB203 3.0 0,400 0,14 20,0 -45
SMB204 4,0 0,425 0,15 20,0 -52
SMB205 4,0 0,425 0,15 20,0 -50
SMB206 4.0 0,425 0,12 20,0 -48
SMB207 4,0 0,425 0,14 20,0 -45
SMB208 4,0 0,450 0,14 20,0 -52
SMB209 4.0 0,450 0,15 20,0 -50
SMB210 5,0 0,450 0,14 20,0 -48
SMB211 5,0 0,450 0,25 20,0 -45
SMB212 5.0 0,475 0,21 20,0 -52
SMB213 5,0 0,475 0,15 20,0 -50
SMB214 5,0 0,475 0,12 20,0 -48
SMB215 5.0 0,475 0,15 20,0 -45

Диоды Шоттки с высоким барьером

Номер детали Разбивка
Напряжение
@ 10 мкА
МИН
(В)
Нападающий
Напряжение
@ 1 мА
МАКС
(В)
Junction
Емкость
@ 0 В постоянного тока 1 МГц
ТИП
(пФ)
серии
Сопротивление
@ 5 мМ
ТИП
(Ом)
Тангенциальный
Сигнал
Чувствительность
ТИП
(дБ)
SHB300 5.0 0,500 0,14 25,0 -52
SHB301 5,0 0,500 0,20 25,0 -50
SHB302 5,0 0,500 0,12 25,0 -48
SHB303 5.0 0,500 0,14 25,0 -45
SHB304 5,0 0,525 0,15 25 -52
SHB305 5,0 0,525 0,15 25,0 -50
SHB306 5.0 0,525 0,12 25,0 -48
SHB307 5,0 0,525 0,14 25,0 -45
SHB308 6,0 0,550 0,14 25,0 -52
SHB309 6.0 0,550 0,15 25,0 -50
SHB310 6,0 0,550 0,14 25,0 -48
SHB311 6,0 0,550 0,25 25,0 -45
SHB312 6.0 0,600 0,21 25,0 -48
SHB313 6,0 0,600 0,15 25,0 -45
SHB314 6,0 0,600 0,12 25,0 -42
SHB315 6.0 0,600 0,15 25,0 -40

Максимальные рейтинги

Рабочая температура Температура хранения Рассеиваемая мощность при 25ºC
от -55ºC до + 150ºC от -65 ° C до + 200 ° C 250 мВт
(линейное снижение до нуля при 150 ° C)

Характеристики:

  • Многопереходные микросхемы
  • Низкий уровень шума 1 / F
  • Емкость малого перехода

Приложения:

Для использования в смесителях, детекторах, удвоителях и модуляторах.

Загрузки:

Блог

Универсальный микроволновый диод. Глава 1: Диоды Шоттки

Ресурс

Краткое техническое описание наилучшего эвтектического метода крепления кристалла для MMIC в гибридных сборках

Мы используем файлы cookie, чтобы улучшить ваш пользовательский опыт.Продолжая просматривать этот сайт, вы даете согласие на использование файлов cookie. Для получения дополнительной информации, пожалуйста, обратитесь к нашей Политике конфиденциальности.

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

Структура диодов с барьером Шоттки

В диоде используется не p-n переход, а переход с одним типом металла с одной стороны и полупроводником n-типа с другой. Такой тип соединения называется переходом Шоттки.
Диоды с барьером Шоттки имеют чрезвычайно низкое напряжение V F и чрезвычайно высокую скорость, поскольку не используют отверстия.Эту точку можно было бы назвать идеальной, но обратный ток I R велик, что делает ее непригодной в качестве элемента, выдерживающего высокое напряжение.

Прямое смещение

Обратное смещение

1.V

F малый ◎

V F чрезвычайно мал по сравнению с диодом с p-n переходом, обеспечивая высокий КПД с небольшими прямыми потерями.

2. Сверхскоростной ◎

Есть высокоскоростное переключение без trr, потому что нет дырочных носителей.

3. обратный ток большой △

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

Различия статических характеристик между типами диодов

Самым большим преимуществом SBD является его маленький V F .
Однако I R имеет большие размеры и поэтому не подходит в качестве диода для выдерживания высокого напряжения.

Выбор и использование диодов с барьером Шоттки

  • Компромисс между V F и I R

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

Форвардный убыток по SBD

Когда ток I F течет в прямом направлении по диоду, происходит падение напряжения V F , что приводит к потере мощности.
Как показано на рисунке, V F имеет отрицательные температурные характеристики, что снижает прямые потери при повышении температуры.V F продолжает уменьшаться практически линейно по отношению к температуре.

  • Пример форвардных характеристик на SBD

Обратный проигрыш на SBD

Когда на диод подается напряжение V R в обратном направлении, возникает обратный ток I R , что приводит к потере мощности.
Как показано на рисунке, V F имеет положительные температурные характеристики, что увеличивает обратные потери при повышении температуры.I R продолжает экспоненциально увеличиваться в размерах относительно температуры.
Это не проблема для p-n диода, потому что I R очень мал. Однако следует проявлять осторожность при выборе SBD, потому что IR нельзя игнорировать на SBD.

  • Пример характеристик обратного направления на SBD

Взаимосвязь между температурой и потерями на SBD

Прямые потери линейно уменьшаются с увеличением температуры, но обратные потери возрастают экспоненциально.

Температура меняется в зависимости от условий работы контура. Однако необходимо спроектировать отвод тепла так, чтобы не происходило теплового разгона, поскольку потери изменяются на увеличение при определенной температуре. В случае теплового разгона температура продолжает повышаться и в конечном итоге выходит из строя или останавливается.

Термический разгон?

  • Когда рассеивание тепла более чем достаточно, внутреннее тепло, вызванное потерями в элементе, рассеивается в достаточной степени.
  • Когда теплоотдача ограничена, внутреннее тепло, вызванное потерями в элементе, пропорционально.
  • Когда имеется ограниченное рассеивание тепла, это ограничение делает невозможным рассеивание большого внутреннего тепла, вызванного потерями в элементе.

Что необходимо учитывать для предотвращения теплового разгона

  1. Температурный разгон происходит даже в пределах гарантированного диапазона температур SBD.
  2. Даже в случае теплового разгона SBD не обязательно сломается.
  3. Температура, вызывающая тепловое ускорение, изменяется в зависимости от условий эксплуатации.
  4. Температура, вызывающая тепловыделение, изменяется также в зависимости от условий рассеивания тепла.
  5. Термический разгон легко возникает, потому что чем ниже V F , тем больше становится I R на SBD.

Восприимчивость к тепловому разгону по типу SBD

С учетом импульсного блока питания
Low V
F тип

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

Низкий I
R тип

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

Типы со сверхнизким V F могут иметь тепловой разгон даже при Tj = 70 ° C. С другой стороны, типы со сверхнизким значением I R могут быть невосприимчивыми к тепловому разгоне даже при Tj = 150 ° C.

Выбор и использование в соответствии с приложением

  • Применение, в котором обычно не возникает обратного напряжения, например, для предотвращения обратного соединения или соединения ORing
    -> Сверхнизкое напряжение F Тип , низкое напряжение В F тип
  • Применение, где обычно возникает обратное напряжение, например импульсный источник питания
    -> Стандартный тип, низкий I R тип
  • Применение, которое предполагает использование, в частности, в условиях высоких температур, например, использование на транспортных средствах
    -> Сверхнизкий I R тип
.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *