Диоди на Шотки - работа, характеристики, приложение

Опитайте Нашия Инструмент За Премахване На Проблемите





Бариерните диоди на Шотки са полупроводникови диоди, проектирани с минимално напрежение напред и бързи скорости на превключване, които могат да бъдат само 10 ns. Те се произвеждат в токови диапазони от 500 mA до 5 ампера и до 40 V. Благодарение на тези характеристики те стават специално подходящи за ниско напрежение, високочестотни приложения като SMPS, а също и като ефективни диоди с свободно движение.

Символът на устройството е показан на следното изображение:



Учтивост: https://en.wikipedia.org/wiki/Schottky_diode

Вътрешно строителство

Диодите на Шотки са конструирани по различен начин в сравнение с традиционните p-n съединителни диоди. Вместо p-n кръстовище те се изграждат с помощта на метално полупроводниково съединение както е показано по-долу.



Вътрешна структура на диода на Шотки

Полупроводниковата секция е изградена предимно от силиций от n-тип, а също и с куп различни материали като платина, волфрам, молибден, хром и др. Диодът може да има различен набор от характеристики в зависимост от използвания материал, което им позволява да подобрят скорост на превключване, по-нисък спад на напрежението напред и т.н.

Как работи

В диодите на Шотки електроните се превръщат в основния носител в полупроводниковия материал, докато в метала има изключително малки малцинствени носители (дупки). Когато двата материала са свързани, електроните, присъстващи в силициевия полупроводник, започват да текат бързо към свързания метал, което води до масивен трансфер на мажоритарни носители. Поради повишената им кинетична енергия от метала, те обикновено се наричат ​​„горещи носители“.

Нормалните диоди на p-n прехода, малцинствените носители се инжектират през различни съседни полярности. Докато в диодите на Шотки електроните се инжектират в области с идентична полярност.

Масивният приток на електрони към метала причинява тежки загуби на носители за силициевия материал в зоната близо до повърхността на прехода, която прилича на областта на изчерпване на p-n прехода на други диоди. Допълнителните носители в метала създават „отрицателна стена“ в метала между метала и полупроводника, която блокира по-нататъшното навлизане на ток. Това означава, че отрицателно заредените електрони в силициевия полупроводник вътре в диодите на Шотки улеснява свободна зона на носител заедно с отрицателна стена на металната повърхност.

Позовавайки се на фигурата, показана по-долу, прилагането на ток на отклонение напред в първия квадрант води до намаляване на енергията на отрицателната бариера поради положителното привличане от електроните в тази област. Това води до обратен поток на електрони в огромни количества през границата. Величината на тези електрони зависи от величината на потенциала, приложен за отклонението.

Разлика между нормалните диоди и диодите на Шотки

В сравнение с нормалните p-n съединителни диоди, бариерната връзка в диодите на Schottky е по-ниска, както в предния, така и в обратния регион на отклонение.

Това позволява на диодите на Шотки да имат значително подобрена токова проводимост за едно и също ниво на потенциал на отклонение, както в преден, така и в обратен регион на отклонение. Това изглежда добра характеристика в областта на пристрастията напред, макар и лоша за областта на обратното пристрастие.

Определението на общите характеристики на полупроводниковия диод за предните и обратните пристрастни области е представено от уравнението:

Аз д = Аз С kVd / Tk -1)

където Is = обратен ток на насищане
k = 11 600 / η с η = 1 за германиев материал и η = 2 за силициев материал

Същото уравнение описва експоненциалното нарастване на тока в диодите на Шотки на следващата фигура, но коефициентът η се определя от вида на конструкцията на диода.

Сравнение на характеристиките на горещи носители и p-n съединителни диоди

В областта на обратното пристрастие токът Е се дължи главно на онези метални електрони, пътуващи в полупроводниковия материал.

Температурни характеристики

За диодите на Шотки един от основните аспекти, които са били непрекъснато изследвани, е как да се сведат до минимум неговите значителни токове на утечка при високи температури над 100 ° C.

Това доведе до производството на по-добри и подобрени устройства, които могат да работят ефективно дори при екстремни температури между - 65 до + 150 ° C.

При типичните стайни температури това изтичане може да бъде в диапазона от микроампери за диоди на Шотки с ниска мощност и в диапазона от милиампера за устройства с висока мощност.

Тези цифри обаче са по-големи в сравнение с нормалните p-n диоди при същите спецификации на мощността. Също така PIV рейтинг за диоди на Шотки може да бъде много по-малко от нашите традиционни диоди.

Например, обикновено 50 ампер устройство може да има PIV номинал 50 V, докато това може да бъде до 150 V за нормален 50 ампер диод. Въпреки това, последните подобрения позволиха на диоди на Шотки с PIV номинали над 100 V при подобни амперажни стойности.

От горното графично представяне става съвсем ясно, че на диодите на Шотки се приписва почти идеален набор от характеристики, дори по-добър от кристалния диод (диод с точков контакт). Падането напред на точковия контактен диод обикновено е по-ниско от нормалния p-n съединителен диод.

VT или предният спад на напрежението на диода на Шотки до голяма степен се определя от метала вътре. Случва се да има компромис между ефекта на температурата и нивото на VT. Ако един от тези параметри се увеличи, другият също увеличава влошаването на нивото на ефективност на устройството. Освен това VT зависи и от текущия диапазон, по-ниските допустими стойности осигуряват по-ниски стойности на VT. Спадът на VT напред може по същество да намалее до нула за дадени единици от ниско ниво, в приблизителна оценка. За средни и по-високи диапазони на тока стойностите на спада напред могат да бъдат около 0,2 V и това изглежда е добра представителна стойност.

В момента максималният допустим токов диапазон на диода на Schottky е около 75 ампера, въпреки че скоро може да има и до 100 ампера.

Приложение на диод на Шотки

Основната област на приложение на диодите на Шотки е в превключващите захранвания или SMPS, които са предназначени за работа с честоти над 20 kHz.

Обикновено 50-амперният диод на Schottky при стайна температура може да бъде оценен с напрежение от 0,6 V и време за възстановяване от 10 ns, специално проектирано за SMPS приложение. От друга страна, обикновен p-n диод за свързване може да покаже преден спад от 1,1 V и възстановяване от около 30 до 50 ns, при същите текущи спецификации.

Може да откриете, че горната разлика в напрежението е доста малка, но ако погледнем нивото на разсейване на мощността между двете: P (горещ носител) = 0,6 x 50 = 30 вата и P (pn) = 1,1 x 50 = 55 вата, което е доста измерима разлика, която може да навреди на ефективността на SMPS критично.

Въпреки че в областта на обратното пристрастие разсейването в диод на Шотки може да е малко по-голямо, все пак разсейването на нетното предно и обратно отклонение ще бъде много по-добро от p-n свързващия диод.

Обратно време за възстановяване

При обикновения p-n полупроводников диод времето за обратно възстановяване (trr) е голямо поради инжектираните малцинствени носители.

В диодите на Шотки поради изключително ниски носители на малцинствата времето за обратно възстановяване е значително ниско. Ето защо диодите на Шотки могат да работят толкова ефективно дори при честоти от 20 GHz, които изискват устройствата да се превключват с изключително бърза скорост.

За по-високи честоти от тази все още се използва точков контактен диод или кристален диод поради много малката им зона на свързване или точкова зона на свързване.

Еквивалентна схема на диоди на Шотки

Следващата фигура изобразява еквивалентната схема на диод на Шотки с типични стойности. Прилежащият символ е стандартният символ на устройството.

Еквивалентна схема на диоди на Шотки

Индуктивността Lp и капацитетът Cp са стойностите, посочени в самата опаковка, rB представлява серийното съпротивление, съставено от контактното съпротивление и общото съпротивление.

Стойностите за съпротивление rd и капацитет Cj са според изчисленията, обсъдени в предишните параграфи.

Таблица със спецификации на диод на Шотки

Диаграмата по-долу ни предоставя списък с токоизправители с горещ носител, произведени от Motorola Semiconductor Products, заедно с техните спецификации и подробности за пиновете.




Предишна: Диодна корекция: полувълна, пълна вълна, PIV Напред: Светодиодна верига за LED препятствия