Schottky tõkkedioodid on pooljuhidioodid, mis on projekteeritud minimaalse ettepoole suunatud pinge ja kiire ümberlülitamiskiirusega, mis võib olla nii madal kui 10 ns. Neid toodetakse voolutugevuses 500 mA kuni 5 amprit ja kuni 40 V. Nende omaduste tõttu muutuvad need spetsiaalselt sobivaks madalpinge, kõrgsageduslikes rakendustes, nagu näiteks SMPS, ja ka tõhusate vabakäigudioodidena.
Seadme sümbol on näidatud järgmisel pildil:
Viisakus: https://et.wikipedia.org/wiki/Schottky_diode
Sisemine ehitus
Schottky dioodid on ehitatud erinevalt võrreldes traditsiooniliste p-n-siirdedioodidega. P-n ristmiku asemel ehitatakse need a abil metallist pooljuhtide ristmik nagu allpool näidatud.
Pooljuhtide sektsioon on enamasti ehitatud n-tüüpi räni abil ja ka paljude erinevate materjalidega, nagu plaatina, volfram, molübdeen, kroom jne. Dioodil võib olla erinevaid omadusi sõltuvalt kasutatavast materjalist, mis võimaldab neil täiustada lülituskiirus, madalam pinge langus edasi jne
Kuidas see töötab
Schottky dioodides muutuvad elektronid pooljuhi materjali enamusekandjaks, samas kui metallil on äärmiselt väikesed vähemuskandjad (augud). Kui need kaks materjali on omavahel ühendatud, hakkavad räni pooljuhis olevad elektronid kiiresti voolama ühendatud metalli suunas, mille tulemuseks on enamiku kandjate massiline ülekanne. Tänu metallile suurenenud kineetilisele energiale nimetatakse neid üldiselt „kuumakandjateks“.
Tavalised p-n-ristmikdioodid, millele vähemuskandjad süstitakse, on erinevad külgnevad polaarsused. Schottky dioodides süstitakse elektrone identsete polaarsustega piirkondadesse.
Massiivne elektronide sissevool metalli suunas põhjustab ränimaterjali kandjate tugevat kadu ristmiku pinna lähedal asuvas piirkonnas, mis sarnaneb teiste dioodide p-n-ristmiku ammendumispiirkonnaga. Metalli lisakandjad tekitavad metallis metalli ja pooljuhi vahele 'negatiivseina', mis blokeerib voolu edasise sisenemise. Schottky dioodide räni pooljuhi negatiivselt laetud elektronide tähendus hõlbustab kandja vaba piirkonda koos negatiivse seinaga metallpinnal.
Viidates allpool toodud joonisele, põhjustab ettepoole suunatud eelvoolu rakendamine esimeses kvadrandis negatiivse barjääri energia vähenemise, kuna selles piirkonnas on elektronide positiivne külgetõmme. See viib elektronide tagasivooluni tohutul hulgal üle piiri. Nende elektronide suurus sõltub kallutamiseks rakendatava potentsiaali suurusest.
Normaalsete ja Schottky dioodide erinevus
Võrreldes tavaliste p-n-siirdedioodidega on barjääride ristmik Schottky dioodides madalam nii ettepoole kui ka tagurpidi kallutatud piirkondades.
See võimaldab Schottky dioodidel olla oluliselt parem voolujuhtivus sama eelarvepotentsiaali tasemel nii ettepoole kui ka tagurpidi kallutatud piirkondades. See näib olevat ettepoole suunatud eelarvamuste piirkonnas hea omadus, ehkki vastupidise eelarvamuse piirkonnas halb.
Pooljuhtdioodi üldiste omaduste määratlemist ettepoole ja tagasi kallutatud piirkondade jaoks esitatakse võrrandiga:
Mina D = Mina S ( on kVd / Tk -1)
kus Is = vastupidine küllastusvool
k = 11 600 / η, kusjuures germaaniummaterjali puhul on η = 1 ja ränimaterjali puhul η = 2
Sama võrrand kirjeldab järgmisel joonisel Schottky dioodide voolu eksponentsiaalset tõusu, kuid tegur η määratakse dioodi konstruktsiooni tüübi järgi.
Tagurpidi kallutatud piirkonnas praegune On tuleneb peamiselt pooljuhtmaterjali liikuvatest metallelektroonidest.
Temperatuuri omadused
Schottky dioodide puhul on üks peamisi aspekte, mida on pidevalt uuritud, kuidas vähendada selle olulisi lekkevoolusid kõrgel temperatuuril üle 100 ° C.
See on viinud paremate ja täiustatud seadmete tootmiseni, mis suudavad tõhusalt töötada ka äärmuslikel temperatuuridel vahemikus - 65 kuni + 150 ° C.
Tavalistes toatemperatuurides võib see leke olla väikese võimsusega Schottky dioodide puhul mikroamprite vahemikus ja suure võimsusega seadmete puhul milliamprites.
Kuid need näitajad on suuremad, kui võrrelda tavaliste p-n dioodidega, millel on samad võimsuse näitajad. Samuti PIV reiting Schottky dioodid võivad olla palju väiksemad kui meie traditsioonilised dioodid.
Näiteks võib 50-amprise seadme PIV-reiting olla 50 V, samas kui tavalise 50-amprise dioodi korral võib see olla kuni 150 V. See tähendab, et hiljutised edusammud on võimaldanud Schottky dioodidel PIV-reitinguga üle 100 V sarnaste voolutugevuse väärtuste juures.
Ülaltoodud graafilisest esitusest selgub üsna selgelt, et Schottky dioodidele omistatakse peaaegu ideaalne omaduste kogum, isegi parem kui kristalldioodil (punktkontaktdioodil). Punkt-kontaktdioodi ettepoole langus on tavaliselt madalam kui tavalistel p-n-siirdedioodidel.
VT ehk Schottky dioodi ettepoole suunatud pingelanguse määrab suurel määral sees olev metall. Temperatuuri mõju ja VT taseme vahel juhtub olema kompromiss. Kui üks nendest parameetritest suureneb, halvendab ka teine seadme efektiivsuse taset. Lisaks sõltub VT ka praegusest vahemikust, madalamad lubatud väärtused tagavad madalamad VT väärtused. Ligikaudse hinnangu korral võib VT ettepoole langus olla antud nulltaseme puhul sisuliselt nullini. Keskmise ja suurema voolu vahemiku korral võivad edasilükkamise väärtused olla umbes 0,2 V ja see näib olevat hea tüüpiline väärtus.
Praegu on Schottky dioodi maksimaalne talutav voolutugevus umbes 75 amprit, ehkki varsti võib silmapiiril olla ka kuni 100 amprit.
Schottky dioodirakendus
Schottky dioodide peamine rakendusala on kommutatsioonitoiteallikad ehk SMPS, mis on mõeldud töötama üle 20 kHz sagedustega.
Tavaliselt võib toatemperatuuril 50-amprise Schottky dioodi nimipinge olla 0,6 V ja taastumisaeg 10 ns, mis on spetsiaalselt loodud SMPS-i rakenduste jaoks. Teisest küljest võib tavalise p-n-liitumisdioodi langus 1,1 V edasi ja taastumistome olla umbes 30–50 ns samal voolutugevusel.
Ülaltoodud ettepoole suunatud pinge erinevus võib olla üsna väike, kuid kui me vaatame nende kahe võimsuse hajumise taset: P (kuumkandja) = 0,6 x 50 = 30 vatti ja P (pn) = 1,1 x 50 = 55 vatti, mis on üsna mõõdetav erinevus, mis võib kriitiliselt kahjustada SMPS-i tõhusust.
Ehkki vastupidises eelpinge piirkonnas võib hajumine Schottky dioodis olla veidi suurem, on siiski neto ettepoole ja tagurpidi kallutatud hajumine palju parem kui p-n ristmiku diood.
Pöördtaastumise aeg
Tavalises p-n pooljuhidioodis on vastupidine taastumisaeg (trr) sisestatud vähemusekandjate tõttu kõrge.
Schottky dioodides on ülimadalate vähemuskandjate tõttu vastupidine taastumisaeg oluliselt madal. Seetõttu on Schottky dioodid võimelised töötama nii tõhusalt isegi 20 GHz sagedustel, mis nõuavad, et seadmed lülituksid ülikiirel kiirusel.
Sellest kõrgemate sageduste korral kasutatakse endiselt punkt-kontaktdioodi või kristalldioodi nende väga väikese ristmiku või punktide ristmiku piirkonna tõttu.
Schottky dioodide samaväärne vooluring
Järgmine joonis kujutab tüüpiliste väärtustega Schottky dioodi samaväärset vooluringi. Külgnev sümbol on seadme standardne sümbol.
Induktiivsus Lp ja mahtuvus Cp on pakendis endas määratud väärtused, rB moodustab järjestikuse takistuse, mis koosneb kontakt- ja mahutakistusest.
Takistuse rd ja mahtuvuse Cj väärtused vastavad eelmistes lõikudes käsitletud arvutustele.
Schottky dioodi spetsifikatsioonitabel
Alltoodud diagramm pakub meile Motorola Semiconductor Products toodetud kuumakandealaldite loetelu koos nende spetsifikatsioonide ja kinnitusdetailidega.
Eelmine: Dioodide parandamine: poollaine, täislaine, PIV Järgmine: LED-takistuste valgusahel
