Bariérové diody Schottky jsou polovodičové diody navržené s minimálním dopředným napětím a rychlými spínacími rychlostmi, které mohou být až 10 ns. Vyrábějí se v proudových rozsazích 500 mA až 5 A až do 40 V. Díky těmto vlastnostem se stávají zvláště vhodnými pro nízkonapěťové, vysokofrekvenční aplikace, jako jsou SMPS, a také jako účinné volnoběžné diody.
Symbol zařízení je zobrazen na následujícím obrázku:
Zdvořilost: https://en.wikipedia.org/wiki/Schottky_diode
Vnitřní konstrukce
Schottkyho diody jsou konstruovány odlišně ve srovnání s tradičními p-n spojovacími diodami. Namísto p-n křižovatky jsou postaveny pomocí a kovový polovodičový spoj Jak je ukázáno níže.
Polovodičová část je většinou vyrobena z křemíku typu n a také z různých materiálů, jako je platina, wolfram, molybden, chrom atd. Dioda může mít různé sady charakteristik v závislosti na použitém materiálu, což jim umožňuje vylepšit rychlost spínání, nižší pokles napětí vpřed atd.
Jak to funguje
Ve Schottkyho diodách se elektrony stávají většinovým nosičem v polovodičovém materiálu, zatímco v kovu vykazuje extrémně malé menšinové nosiče (díry). Když jsou tyto dva materiály spojeny, elektrony přítomné v křemíkovém polovodiči začnou rychle proudit směrem k připojenému kovu, což vede k masivnímu přenosu většinových nosičů. Díky své zvýšené kinetické energii než kov se obecně nazývají „horké nosiče“.
Normální p-n spojovací diody, kterým jsou menšinové nosiče injektovány přes různé sousední polarity. Zatímco ve Schottkyho diodách jsou elektrony vstřikovány do oblastí se stejnou polaritou.
Masivní příliv elektronů směrem ke kovu způsobuje těžké ztráty nosičů pro křemíkový materiál v oblasti blízko povrchu spojení, která se podobá oblasti vyčerpání p-n spojení jiných diod. Další nosiče v kovu vytvářejí v kovu „zápornou stěnu“ mezi kovem a polovodičem, která blokuje další vstup proudu. Význam záporně nabitých elektronů na křemíkovém polovodiči uvnitř Schottkyho diod usnadňuje oblast bez nosiče spolu se zápornou stěnou na kovovém povrchu.
S odkazem na obrázek níže, aplikace dopředného zkreslení proudu v prvním kvadrantu způsobí snížení energie záporné bariéry v důsledku pozitivní přitažlivosti elektronů v této oblasti. To vede k zpětnému toku elektronů ve velkém množství přes hranici. Velikost těchto elektronů závisí na velikosti potenciálu použitého pro předpětí.
Rozdíl mezi normálními diodami a Schottkyho diodami
Ve srovnání s normálními p-n spojovacími diodami je bariérový spoj v Schottkyho diodách nižší, a to jak v oblasti dopředného, tak zpětného zkreslení.
To umožňuje Schottkyho diodám mít mnohem lepší vedení proudu pro stejnou úroveň potenciálu zkreslení, a to napříč oblastmi dopředného i zpětného zkreslení. To se jeví jako dobrá vlastnost v oblasti předpětí, i když je to špatné pro oblast předpětí.
Definice obecných charakteristik polovodičové diody pro oblasti předpětí a zpětného zkreslení je představována rovnicí:
Já D = Já S ( je kVd / Tk -1)
kde Is = zpětný saturační proud
k = 11 600 / η s η = 1 pro materiál germania a η = 2 pro materiál křemíku
Stejná rovnice popisuje exponenciální nárůst proudu ve Schottkyho diodách na následujícím obrázku, avšak faktor η je určen typem konstrukce diody.
V oblasti zpětného zkreslení proud Je je způsobeno hlavně kovovými elektrony cestujícími do polovodičového materiálu.
Teplotní charakteristiky
U Schottkyho diod je jedním z hlavních aspektů, který byl průběžně zkoumán, jak minimalizovat jeho podstatné svodové proudy při vysokých teplotách nad 100 ° C.
To vedlo k výrobě lepších a vylepšených zařízení, která mohou efektivně fungovat i při extrémních teplotách mezi - 65 až +150 ° C.
Za typických teplot v místnosti může být tento únik v rozsahu mikroampérů pro Schottkyho diody s nízkým výkonem a v rozsahu miliampérů pro zařízení s vysokým výkonem.
Tyto údaje jsou však větší ve srovnání s normálními diodami p-n při stejných výkonových specifikacích. Také Hodnocení PIV pro Schottkyho diody může být mnohem méně než naše tradiční diody.
Například normálně 50 ampérové zařízení může mít hodnocení PIV 50 V, zatímco to může být až 150 V pro normální 50 amp diodu. To znamená, že nedávný pokrok umožnil Schottkyho diodám s hodnocením PIV nad 100 V při podobných hodnotách proudu.
Z výše uvedeného grafického znázornění je zcela zřejmé, že Schottkyho diody jsou přisuzovány téměř ideální sadě charakteristik, dokonce lepší než krystalická dioda (bodová kontaktní dioda). Dopředný pokles bodové kontaktní diody je obvykle nižší než u normálních p-n spojovacích diod.
VT nebo pokles dopředného napětí Schottkyho diody je do značné míry určen kovem uvnitř. Stává se, že dojde ke kompromisu mezi účinkem teploty a úrovní VT. Pokud jeden z těchto parametrů vzroste, druhý také zvýší degradaci úrovně účinnosti zařízení. Kromě toho VT závisí také na aktuálním rozsahu, nižší přípustné hodnoty zajišťují nižší hodnoty VT. VT pokles vpřed může být v podstatě až nula pro dané jednotky nízké úrovně, v přibližném vyhodnocení. Pro střední a vyšší rozsahy proudu by mohly být hodnoty dopředného poklesu kolem 0,2 V, což se jeví jako vynikající reprezentativní hodnota.
V současné době je maximální tolerovatelný proudový rozsah Schottkyho diody k dispozici kolem 75 ampérů, ačkoli brzy může být na obzoru až 100 ampérů.
Schottkyho dioda Aplikace
Hlavní oblastí použití Schottkyho diod je spínání napájecích zdrojů nebo SMPS, které jsou určeny pro práci s frekvencemi nad 20 kHz.
Typicky může být 50 ampérová Schottkyho dioda při pokojové teplotě dimenzována na dopředné napětí 0,6 V a dobu zotavení 10 ns, speciálně navržená pro aplikaci SMPS. Na druhou stranu běžná p-n spojovací dioda může vykazovat pokles vpřed o 1,1 V a zotavovací hodnotu asi 30 až 50 ns, při stejné aktuální specifikaci.
Možná zjistíte, že výše uvedený rozdíl napětí vpřed je poměrně malý, ale pokud se podíváme na úroveň ztrátového výkonu mezi těmito dvěma: P (horký nosič) = 0,6 x 50 = 30 wattů a P (pn) = 1,1 x 50 = 55 wattů, což je docela měřitelný rozdíl, který může kriticky poškodit účinnost SMPS.
I když v oblasti reverzního předpětí může být rozptyl v Schottkyho diodě mírně vyšší, stále bude čistý rozptyl dopředného a reverzního zkreslení mnohem lepší než přechodová dioda p-n.
Doba zpětného zotavení
V běžné polovodičové diodě p-n je doba zpětného zotavení (trr) vysoká z důvodu injektovaných menšinových nosičů.
U Schottkyho diod je doba zpětného zotavení v důsledku extrémně nízkých menšinových nosičů podstatně nízká. Proto jsou Schottkyho diody schopny tak efektivně pracovat i při frekvencích 20 GHz, které vyžadují, aby se zařízení přepínaly extrémně vysokou rychlostí.
Pro vyšší frekvence než tato je stále používána bodová dioda nebo krystalová dioda kvůli jejich velmi malé spojovací oblasti nebo oblasti spojovací oblasti.
Ekvivalentní obvod Schottkyho diody
Následující obrázek znázorňuje ekvivalentní obvod Schottkyho diody s typickými hodnotami. Sousední symbol je standardní symbol zařízení.
Indukčnost Lp a kapacita Cp jsou hodnoty uvedené v samotném balení, rB představuje sériový odpor tvořený kontaktním odporem a objemovým odporem.
Hodnoty odporu rd a kapacity Cj jsou podle výpočtů diskutovaných v předchozích odstavcích.
Schéma specifikace Schottkyho diody
Níže uvedená tabulka nám poskytuje seznam usměrňovačů horkých nosičů vyráběných společností Motorola Semiconductor Products spolu s jejich specifikacemi a podrobnostmi zapojení.
Předchozí: Usměrnění diody: Půlvlna, Plná vlna, PIV Další: Obstrukční světelný obvod LED
