Диоды Шоттки – устройство, типы, характеристики и применение; Школа электротехники: электротехника и электроника

Невозможно не упомянуть о недостатках диодов Шоттки, а их, конечно же, два. Во-первых, кратковременное превышение критического напряжения немедленно приведет к повреждению диода. Во-вторых, температура оказывает большое влияние на максимальный обратный ток. Если температура спая очень высока, диод просто перегорит, даже если он работает при номинальном напряжении.

Диоды Шоттки – устройство, типы, характеристики и применение

Диоды Шоттки, а точнее диоды с барьером Шоттки, являются полупроводниковыми приборами на основе перехода металл-полупроводник, тогда как в обычных диодах используется полупроводниковый p-n-переход.

Своим названием и появлением в электронике диод Шоттки обязан немецкому физику Вальтеру Шоттки, который в 1938 году, исследуя недавно открытый барьерный эффект, подтвердил более раннюю теорию о том, что хотя эмиссии электронов из металла препятствует потенциальный барьер, этот барьер будет уменьшаться по мере увеличения приложенного внешнего электрического поля. Уолтер Шоттки открыл этот эффект, который позже был назван эффектом Шоттки в честь ученого.

При рассмотрении контакта между металлом и полупроводником видно, что если вблизи поверхности полупроводника имеется область, лишенная основных носителей заряда, то в области контакта полупроводник-металл со стороны полупроводника образуется область пространственного заряда из ионизированных акцепторов и доноров с реализацией блокирующего контакта – барьера Шоттки. При каких условиях образуется этот барьер? Ток термоэлектронной эмиссии с поверхности твердого тела определяется уравнением Ричардсона:

Создадим условия, при которых термодинамическая работа выхода электронов из металла больше термодинамической работы выхода электронов из полупроводника, например, n-типа, когда полупроводник находится в контакте с металлом. При таких условиях, согласно уравнению Ричардсона, ток термоэлектронной эмиссии с поверхности полупроводника будет больше тока термоэлектронной эмиссии с поверхности металла:

В начальной точке контакта между этими материалами ток, текущий от полупроводника к металлу, будет больше, чем обратный ток (текущий от металла к полупроводнику), что приведет к накоплению объемных зарядов – положительных в полупроводнике и отрицательных в металле – в приповерхностных областях как полупроводника, так и металла. Электрическое поле, создаваемое этими зарядами, будет создано в зоне контакта, и произойдет отклонение энергетических зон.

Под воздействием поля термодинамическая работа выхода полупроводника будет увеличиваться, и это увеличение будет продолжаться до тех пор, пока термодинамическая работа выхода и соответствующие токи термоэлектронной эмиссии в зоне контакта по отношению к поверхности не сравняются.

Картина перехода к равновесию с образованием потенциального барьера для полупроводника p-типа и металла аналогична примеру, рассмотренному для полупроводника n-типа и металла. Роль внешнего напряжения заключается в управлении высотой потенциального барьера и напряженностью электрического поля в области пространственного заряда полупроводника.

На рисунке выше показаны зонные диаграммы различных стадий формирования барьера Шоттки. При равновесных условиях в области контакта токи термоэлектронной эмиссии выравниваются, за счет эффекта поля образуется потенциальный барьер, высота которого равна разности термодинамической эффективности: φc = FMe – Fn/p.

Вольт-амперные характеристики для барьера Шоттки

Очевидно, что вольт-амперные характеристики для барьера Шоттки несимметричны. В прямом направлении ток увеличивается экспоненциально с приложенным напряжением. В обратном направлении ток не зависит от напряжения. В обоих случаях ток вызывается электронами как основными носителями заряда.

Поэтому диоды Шоттки работают быстро, поскольку в них отсутствуют процессы диффузии и рекомбинации, требующие дополнительного времени. Изменение числа носителей связано с зависимостью тока от напряжения, поскольку носители участвуют в процессе переноса заряда. Внешнее напряжение изменяет количество электронов, которые могут перейти с одной стороны барьера Шоттки на другую.

Благодаря технологии изготовления и принципу работы, описанному выше, диоды Шоттки имеют низкое падение напряжения проводимости, гораздо меньшее, чем обычные p-n диоды.

В этом случае даже небольшой начальный ток, протекающий через зону контакта, выделяет тепло, которое затем способствует генерации дополнительных носителей тока. Инжекция неосновных носителей заряда отсутствует.

Таким образом, диоды Шоттки не имеют диссипативной емкости, поскольку в них отсутствуют неосновные носители, и, следовательно, скорость их работы довольно высока по сравнению с полупроводниковыми диодами. Это похоже на резко асимметричный p-n-переход.

Поэтому диоды Шоттки – это в первую очередь СВЧ диоды с различными применениями: детекторные, смесительные, лавинные, параметрические, импульсные и умножительные диоды. Диоды Шоттки могут использоваться в качестве приемников излучения, тензодатчиков, детекторов ядерного излучения, модуляторов света и, наконец, в качестве выпрямителей тока высокой частоты.

Схемы диодов Шоттки

Диоды Шоттки сегодня

В настоящее время диоды Шоттки широко используются в электронных устройствах. На электрических схемах они изображаются иначе, чем обычные диоды. Часто можно увидеть сдвоенные выпрямительные диоды Шоттки в трехконтактном корпусе, типичном для силовых переключателей. Такие сдвоенные конструкции содержат внутри два диода Шоттки, соединенные катодами или анодами, чаще катодами.

Диод Шоттки с двойным корпусом

Диоды в сборке имеют очень похожие параметры, так как каждая такая сборка изготавливается за один технологический цикл, и, следовательно, их рабочая температура одинакова, а надежность соответственно выше. Прямое падение напряжения 0,2 – 0,4 В наряду с высокой скоростью (единицы наносекунд) являются несомненными преимуществами диодов Шоттки по сравнению с p-n-переходниками.

Свойство диодов с барьером Шоттки, связанное с низким падением напряжения, проявляется при приложенном напряжении до 60 В, хотя скоростные характеристики остаются неизменными. В настоящее время диоды Шоттки типа 25CTQ045 (до 45 В, до 30 А на каждую пару диодов в сборке) можно найти во многих импульсных источниках питания, где они выполняют роль выпрямителей мощности для токов до нескольких сотен килогерц.

Недостатки диодов Шоттки нельзя игнорировать, их, конечно, два. Во-первых, кратковременное превышение критического напряжения приводит к немедленному разрушению диода. Во-вторых, температура оказывает большое влияние на максимальный обратный ток. Если температура спая очень высока, диод просто перегорит, даже если он работает при номинальном напряжении.

Ни один радиолюбитель не обойдется в своей практике без диодов Шоттки. Наиболее популярными диодами, на которые следует обратить внимание, являются: 1N5817, 1N5818, 1N5819, 1N5822, SK12, SK13, SK14. Эти диоды доступны как в штыревом, так и в SMD исполнении. Основная причина, по которой они так ценятся любителями, – это высокая скорость отклика и низкое падение напряжения на спае – максимум 0,55 В – при низкой цене.

Мало какая печатная схема обходится без диода Шоттки для той или иной цели. В некоторых случаях диод Шоттки служит выпрямителем малой мощности для цепи обратной связи, в других – регулятором напряжения 0,3-0,4 В, а в третьих – детектором.

В таблице ниже приведены параметры наиболее распространенных маломощных диодов Шоттки, встречающихся сегодня.

Если вам понравилась эта статья, пожалуйста, поделитесь ею в социальных сетях. Это поможет нашему сайту развиваться!

Арсенид галлия и кремний являются основными поставщиками материалов для электронного компонента в промышленных приложениях. В более редких случаях используются благородные химические элементы, такие как платина, палладий и им подобные.

Диод Шоттки: принцип работы

Вентиль Шоттки отличается от классической формы тем, что в его основе лежит пара полупроводник-металл. Эту пару часто называют барьером Шоттки. Этот барьер, помимо способности проводить ток в одном направлении, подобно p-n-переходу, обладает рядом полезных свойств.

Арсенид галлия и кремний являются основными поставщиками материалов для электронного компонента в промышленных приложениях. В более редких случаях используются благородные химические элементы, такие как платина, палладий и им подобные.

Его графическое обозначение на электрических схемах отличается от классических диодов. Маркировка электронных компонентов аналогична. Двойные диоды также можно встретить в виде сборки.

Важно! Двойной диод – это пара диодов, соединенных в общий объем.

Диод Шоттки, идентификация

Диод Шоттки, идентификация

Двойной диод с барьером Шоттки

В двойных вентилях катодный и анодный выходы соединены. Это означает, что продукт имеет три конца. Сборки с общим катодом, например, используются там, где требуются импульсные источники питания. Обычные диоды с анодом Шоттки используются гораздо реже.

Диоды размещены в одинаковых корпусах и используют одну и ту же технологию производства, поэтому по своим характеристикам они похожи как близнецы. Поскольку они находятся в общем пространстве, у них также одинаковая рабочая температура. Эта особенность значительно снижает необходимость их замены из-за потери производительности.

Наиболее важными отличительными особенностями рассматриваемых клапанов являются незначительное падение напряжения опережения (до 0,4 В) в точке перехода и высокое время срабатывания.

Однако указанное значение падения напряжения имеет узкий диапазон приложенного напряжения – не более 60 В. Само падение напряжения невелико, поэтому область применения этих диодов довольно узкая. Если напряжение превышает определенное значение, барьерный эффект исчезает, и диод начинает действовать как обычный выпрямительный диод. Обратное напряжение для большинства из них не превышает 250 В, но есть модели с обратным напряжением 1,2 кВ.

При проектировании электрических цепей разработчики часто не обозначают диоды Шоттки графически на принципиальных схемах, но указывают их использование в спецификации заказа, написав это шрифтом. Поэтому при заказе оборудования следует обратить на это особое внимание.

Неудобством при работе с барьерными вентилями Шоттки является их чрезвычайная “чувствительность” и нетерпимость к малейшему, даже очень кратковременному повышению номинального обратного напряжения. В этом случае они просто выходят из строя и никогда не восстанавливают эффективность, что невыгодно отличается от кремниевых диодов, поскольку последние обладают свойством самовосстановления, после которого они могут продолжать нормально функционировать без замены. Также обратите внимание, что их обратный ток критически зависит от стадии перехода. Если возникает значительный обратный ток, выход из строя неизбежен.

Повышенная рабочая частота за счет малой емкости перехода и короткий период регенерации за счет высокой скорости являются положительными характеристиками, которые позволяют использовать эти диоды, например, радиолюбителями. Они также используются на частотах до нескольких сотен кГц, например, в импульсных выпрямителях. Большое количество таких диодов также используется в микроэлектронных приложениях. Современный уровень развития науки и промышленности позволяет использовать нанотехнологии для производства вентилей с барьером Шоттки. Изготовленные таким образом вентили используются для шунтирования транзисторов. Это решение серьезно увеличивает отклик последнего.

Диоды Шоттки в источниках питания

Клапаны Шоттки очень распространены в компьютерных блоках питания. Напряжение 5 В обеспечивает ток в несколько десятков ампер, что является рекордом среди низковольтных источников питания. В этих источниках питания используются вентили Шоттки. В основном используются двойные диоды с одним катодом. Ни один современный компьютерный блок питания любого качества не может обойтись без этого узла.

Диагноз. Сгоревший” источник питания в электронном устройстве обычно означает, что необходимо заменить сгоревший узел Шоттки. Существует только две причины неисправности: повышенный ток утечки и электрический сбой. При возникновении описанных выше условий электрическое питание на компьютер больше не подается. Активируются защитные механизмы. Давайте рассмотрим, как это происходит.

Принципиальная схема импульсного источника питания

Постоянное отсутствие напряжения на входе компьютера. Источник питания полностью блокируется встроенной в компьютер защитой.

Может возникнуть “странная” ситуация: вентилятор охлаждения начинает работать, а затем характерный шум исчезает. Это означает, что напряжение на входе компьютера (выходе блока питания) повышается и понижается. Другими словами, защита работает с периодическими ошибками, но не полностью блокирует источник. Исходит ли неприятный запах из отопительного агрегата? Светодиодный блок определенно нуждается в замене. Еще один способ домашней диагностики: Блок питания отключается, когда процессор испытывает большую нагрузку. Это признак утечки.

После ремонта блока питания путем замены двойных диодов Шоттки следует также “протестировать” транзисторы. В обратном порядке следует также проверить диоды. Это правило особенно важно, если причиной ремонта была утечка.

Кремний является наиболее распространенным и надежным элементом в диодах Шоттки, благодаря чему конструкция надежно работает в условиях высокой мощности. Этот продукт более стабилен в работе, чем другие полупроводниковые аналоги, а простота изготовления и конструкции диода Шоттки делает его очень доступным по цене.

Свойства и работа диода Шоттки

Как работает диод Шоттки? Каковы ключевые различия между работой диода Шоттки и других аналогов с барьерным переходом?

Диод Шоттки отличается от других компонентов, служащих той же цели, тем, что в нем используется барьерный переход между металлом и полупроводником. В аналогах обычно используется p-n-переход, работающий для той же цели. Таким образом, в первом случае мы имеем дело с однонаправленной электропроводностью. В зависимости от того, какой конкретный металл выбран для вхождения в элемент, характеристики элемента будут меняться. Наиболее распространенным вариантом является кремний, но также может использоваться арсенид галлия. Вольфрам, платина и другие сплавы могут использоваться реже.

Кремний – самый распространенный и надежный элемент в диоде Шоттки, и эта конструкция надежно работает в условиях высокой мощности. Этот продукт более стабилен в работе, чем другие полупроводниковые аналоги, а простота изготовления и конструкции диода Шоттки делает его очень доступным по цене.

Диод (значения) – Диод: Диод – российская фармацевтическая компания, второй по величине производитель БАДов в России. Полупроводниковые и электровакуумные приборы Диод Ганна диод Зенера диод Шоттки диод …….Википедия

Ссылки

  1. Статья “Полупроводниковый диод” на БФБ
Пассивное устойчивое состояниеРезистор – Переменный резистор – Варакторный резистор – Варистор – Конденсатор – Переменный конденсатор – Вещественный конденсатор – Индуктор – Кварцевый резонатор – Предохранитель – Самовосстанавливающийся предохранитель – Трансформатор
Активное устойчивое состояниеДиод – Светодиод – Фотодиод – Полупроводниковый лазер Диод Шоттки – Стабилизатор – Стабистор – Варикоп – Вариконд – Мостовой диод – Лавинный диод – Туннельный диод – Диод Ганна
Транзистор – Биполярный транзистор – Полевой транзистор – КМОП-транзистор – Одноэмиттерный транзистор – Фототранзистор – Составной транзистор – Баллистический транзистор
Интегральная схема – Цифровая интегральная схема – Аналоговая интегральная схема
Тиристор – Симистор – Диод – Мемристор
Пассивный вакуумБареттер
Активная вакуумная и газовая эвакуацияКатодно-лучевая трубка – Вакуумная трубка – триод – тетрод – пентод – гексод – гептод – пентагрид – октод – нонода – механотрон – клистрон – магнетрон – амплитрон – платинотрон – электронная трубка – электронная трубка – бегущая трубка
Устройства отображенияКатодно-лучевая трубка – ЖК-дисплей – Светодиод – Газоразрядный дисплей – Вакуумный люминесцентный дисплей – Флажковый дисплей – Семисегментный дисплей
Акустические устройства и преобразователиМикрофон – Громкоговоритель – Тензометрический датчик
Термоэлектрическое оборудованиеТермистор – Термопара – Элемент Пельтье
  • Полупроводниковые диоды

Фонд Викимедиа . 2010 .

Полезная страница

Смотреть что такое “диод Шоттки” в других словарях

Диод Шоттки – Полупроводниковый диод, выпрямительные свойства которого основаны на взаимодействии металла и обедненного полупроводникового слоя. [ГОСТ 15133 77] Полупроводниковые приборы EN диод Шоттки (барьерный) DE диод Шоттки FR диод Шоттки … Руководство технического переводчика

Диод Шоттки – Состояние диода Шоттки T sritis fizika atitikmenys: angl. диод Шоттки; диод с барьером Шоттки вок. Диод Шоттки Барриера, f; Диод Шоттки, f рус. диод с барьером Шоттки, м; диод с барьером Шоттки, м; диод Шоттки, м; диод Шоттки, м pranc…. … Fizikos terminų žodynas

Диод Шоттки – Šotkio diodas statusas T sritis chemija apibrėžtis Iš metalo ir n tipo puslaidininkio sudarytas diodas. atitikmenys: angl. Диод Шоттки … Chemijos terminų aiškinamasis žodynas.

Диод (значение) – Диод: ОАО “Диод” – российская фармацевтическая компания, второй по величине российский производитель БАДов. Полупроводниковые и электровакуумные приборы Диод Ганна диод Зенера диод Шоттки диод …….Википедия

Диод – У этого термина существуют и другие значения, см. Диод (значение). Четыре диода и диодный мост. Диод (от греч. … Википедия

Диод с барьером Шоттки – Šotkio diodas statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. диод Шоттки; диод с барьером Шоттки вок. Диод с барьером Шоттки, f; диод Шоттки, f рус. диод с барьером Шоттки, м; диод с барьером Шоттки, м; диод Шоттки, м; диод Шоттки, м pranc…. … Fizikos terminų žodynas

Диод Шоттки – Šotkio diodas statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. диод Шоттки; диод с барьером Шоттки вок. Диод с барьером Шоттки, f; диод Шоттки, f рус. диод с барьером Шоттки, м; диод с барьером Шоттки, м; диод Шоттки, м; диод Шоттки, м pranc…. … Fizikos terminų žodynas

Диод с барьером Шоттки – Šotkio diodas statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. диод Шоттки; диод с барьером Шоттки вок. Диод Шоттки Барриер, ф; диод Шоттки, ф рус. диод с барьером Шоттки, м; диод с барьером Шоттки, м; диод с барьером Шоттки, м; диод с барьером Шоттки, м pranc…. … Fizikos terminų žodynas

Диод (электронная лампа) – Вакуумный диод, электронная лампа с двумя электродами (катодом и анодом). Тип диода. Используется в детекторах (амплитудных или частотных) и выпрямителях. Высоковольтный вариант кенотрона. Содержание 1 История 2 Устройство 3 … Википедия

Диод Ганна – У этого термина существуют и другие значения, см. Диод (значение). Вольтамперометрические характеристики диода Ганна Диод Ганна (изобретенный Джоном Ганном в 1963 году) типа … Википедия

Особенностью диодов Шоттки является то, что они низковольтные. Если приложенная разность потенциалов превышает определенный допустимый уровень, по квантовым законам происходит пробой, который в обычном полупроводниковом ВЧ-элементе может быть туннельным, лавинным или тепловым. После первых двух диод восстанавливается и продолжает работать нормально. Тепловой отказ означает фатальный отказ.

Диод Шоттки

В конце 1930-х годов немецкий физик Вальтер Шоттки обнаружил, что внешнее электрическое поле заставляет свободные электроны покидать полосу проводимости и в буквальном смысле покидать твердое тело. Эта квантовая зависимость была позже названа в честь первооткрывателя и теперь известна как эффект Шоттки.

Хотя открытие немецкого ученого относится к области теоретической физики, оно находит применение в практической радиотехнике и лежит в основе работы радиокомпонентов, таких как диоды Шоттки. От обычных электрических клапанов их отличает отсутствие классического полупроводникового p-n-перехода. Его роль играет контакт между полупроводником и металлом.

Металл и полупроводник: характеристики контакта.

В области контакта между полупроводником и металлическими материалами эффект Шоттки вызывает образование сильно обедненного электронами слоя в полупроводнике. Этот слой обладает вентильными свойствами полупроводникового p-n-перехода. Эта зона образует барьер для носителей заряда, поэтому эти радиочастотные элементы часто называют диодами с барьером Шоттки.

Эти элементы отличаются от обычных полупроводниковых вентилей следующими особенностями:

  1. Уменьшенное падение напряжения при работе с прямым смещением;
  2. Низкая собственная емкость;
  3. низкий обратный ток;
  4. Низкое допустимое обратное напряжение.

Хорошая частотная характеристика диодов Шоттки обусловлена отсутствием неосновных носителей заряда в переходной области. По этой причине в контактной области чистого полупроводника не происходят обычные процессы диффузии и рекомбинации дырок и электронов. Следовательно, внутренняя емкость этого слоя стремится к нулю. Это делает диоды Шоттки предпочтительными для использования в цепях высокой и очень высокой частоты, а также в импульсных режимах, таких как всевозможные цифровые устройства, электронные системы управления и импульсные источники питания.

Низковольтные диоды.

Особенность диодов Шоттки в том, что они являются низковольтными диодами. Если приложенная разность потенциалов превышает определенный допустимый уровень, по квантовым законам происходит пробой, который в обычном полупроводниковом ВЧ-элементе может быть туннельным, лавинным или тепловым. После первых двух диод восстанавливается и продолжает работать нормально. Тепловой отказ означает фатальный отказ.

В диодах с барьером Шоттки пробой всегда только тепловой. Это характерно для перехода металл-полупроводник. Если обратное смещение велико, элемент поврежден и подлежит замене. Этим, кстати, объясняется высокая чувствительность диодов Шоттки к электростатическим зарядам – при сборке и обслуживании радиоустройств с этими элементами необходимо заземлять спецодежду и инструменты.

Однако чувствительность этих радиоэлементов не всегда является недостатком. Например, диоды с барьером Шоттки, благодаря этому свойству, используются в особо чувствительных гетеродинах, которые приобретают способность обрабатывать радиосигналы очень малой мощности.

Основные параметры.

  1. Максимальное обратное напряжение постоянного тока;
  2. Максимальное напряжение возврата импульса;
  3. Максимальный (средний) ток проводимости;
  4. Максимальный импульсный прямой ток;
  5. Постоянное постоянное напряжение на диоде при заданном токе проводимости через диод;
  6. Обратный ток диода при предельном обратном напряжении;
  7. Максимальная рабочая частота диода;
  8. Обращение времени регенерации вспять;
  9. Общая емкость диода.

Производство диодов Шоттки.

Стандартными материалами, используемыми в качестве полупроводников, являются кремний, германий и арсенид галлия. В процессе производства на радиоэлементы осаждаются такие металлы, как золото, серебро, палладий и вольфрам. Именно эти элементы таблицы Менделеева обеспечивают высокий потенциальный барьер, который определяет функциональность диодов Шоттки.

Германиевые ВЧ-элементы демонстрируют высокую устойчивость к изменениям температуры, поэтому этот материал чаще, чем кремний и арсенид галлия, используется в производстве диодов для мощных схем. С другой стороны, кремниевые и галлиевые элементы демонстрируют наилучшие частотные характеристики.

Итак, подведем итоги того, что мы рассмотрели вольт-амперные характеристики диода Шоттки и обычный выпрямительный диод:

Диод Шоттки. Структура, принцип действия и основные свойства.

Фото автора

Добро пожаловать на сайт компании MicroTechnics! Сегодня мы продолжим наш курс по основам электроники еще одним электронным компонентом, героем статьи, т.е. Диод Шоттки.. В последних статьях мы обсудили принцип работы и применение обычных диодов и стабилитронов:

А теперь пришло время для диода Шоттки!

Главной отличительной особенностью этого элемента является низкое прямое падение напряжения (по сравнению с обычным выпрямительным диодом). Давайте выясним, в чем причина такого низкого падения напряжения в данном случае.

Сердцем” диода Шоттки является не p-n-переход, который образуется, когда два полупроводника соприкасаются друг с другом. Два полупроводника с различными типами проводимости, а скорее так называемый “барьер Шоттки”. Барьер Шоттки. И элемент, и барьер названы в честь немецкого физика Вальтера Шоттки, который изучал эти процессы и явления в 1930-х годах.

Барьер Шоттки – это переход между металл и полупроводник. В обычном диоде мы имеем переход между полупроводниками p-типа и n-типа, но здесь совсем другая история – металл + полупроводник.

Чтобы барьер Шоттки работал, работа выхода используемого металла и полупроводника должна быть разной. А выходная работаэто, в свою очередь, энергия, которая должна быть передана электрону, чтобы удалить его из твердого тела. Рассмотрим случай, когда при контакте металла и полупроводника n-типа образуется барьер. Работа электронов, покидающих полупроводник, меньше, чем работа электронов, покидающих металл:

Результирующий ток термоионной эмиссии может быть рассчитан следующим образом:

Здесь нам важно отметить, что поскольку ¯ <м>> <п>и наоборот, j_ <м>< j_ <п>. Это приведет к накоплению зарядов в пограничной области, когда металл и полупроводник находятся в контакте:

Конструкция диода Шоттки.

Другими словами, поскольку работа выхода из полупроводника меньше, электронам легче перейти от него к металлу, чем наоборот, в обратном направлении. Но, как и в случае с p-n-переходом, этот процесс не будет продолжаться бесконечно. Заряды создадут дополнительное электрическое поле в приграничной области, в результате чего токи термоэлектронной эмиссии выровняются под действием этого поля.

Как видно, в целом процессы, происходящие в барьере Шоттки, очень похожи на то, что происходит в p-n-переходе, когда два полупроводника находятся в контакте. При приложении внешнего напряжения создается дополнительное поле, которое смещает баланс токов в граничной области.

Хотя в этих процессах есть некоторые сходства, ключевое различие заключается в том, что в Диод Шоттки Ток, протекающий как при прямом, так и при обратном смещении, обусловлен исключительно движением основных носителей заряда. Другими словами, по сравнению с p-n-переходом, здесь отсутствует диффузионная составляющая тока, которая связана с инжекцией неосновных носителей. Это, в свою очередь, приводит ко второй важнейшей характеристике диода Шоттки – улучшенная скоростная реакция (поскольку исключены процессы рекомбинации и диффузии).

Как вы помните, прямое смещение в стандартном диоде приводит к накоплению неосновных носителей заряда в областях полупроводника – дырок в области n и электронов в области p:

P-n-переход.

Таким образом, при переходе диода в закрытое состояние (когда приложено обратное напряжение), неосновные носители начинают сближаться друг с другом, что приводит к кратковременному импульсу обратного тока. Однако с диодами Шоттки этот негативный и нежелательный эффект практически исключен!

Итак, давайте подведем итог рассмотренному и сделаем выводы вольт-амперные характеристики диода Шоттки диод Шоттки и обычный выпрямительный диод:

Вольт-амперные характеристики диода Шоттки и выпрямительного диода.

Теперь давайте подытожим преимущества и недостатки этих элементов:

  • Первым преимуществом является нижнее падение напряжения при прямом подключении. Для диодов Шоттки это может быть 0.2-0.4 Вв то время как типичный кремниевый диод имеет падение напряжения 0.6-0.7 В. Более низкое напряжение при том же токе означает меньшую рассеиваемую мощность, т.е. диод Шоттки будет меньше нагреваться.
  • Быстрая работа – является несомненным преимуществом, позволяющим использовать диоды Шоттки на более высоких частотах.
  • Из сравнения вольт-амперных характеристик видно, что обратный ток обычного диода имеет меньшее значение. Это уже является недостатком диодов Шоттки. А при повышении температуры обратный ток будет увеличиваться еще больше.
  • Другим недостатком является то, что при превышении максимально допустимого обратного напряжения обратное напряжение диод Шоттки выйдет из строя со 100% вероятностью. Обычный диод, с другой стороны, может перейти к обратимому пробою (лавинный или туннельный), если для него не наступил тепловой пробой (также необратимый). А максимально допустимые значения обратного напряжения для диодов Шоттки почти всегда намного ниже, чем для обычных диодов!

Теперь давайте проведем несколько практических экспериментов. Давайте проверим две похожие схемы для сигналов высокой частоты. Только в одной схеме мы используем Диод Шотткиа в другом – обычный выпрямительный диод и сравнить осциллограммы сигналов на выходе.

Диод Шоттки обозначен на схемах следующим образом:

Схема диода Шоттки Схема диода Шоттки.

Испытания будут проводиться на простой схеме однополупериодного выпрямителя:

Однополупериодный выпрямитель.

Схематический рисунок диода Шоттки.

Для эксперимента я взял Диод Шоттки 10BQ015 и выпрямительный диод 1N4001. Попробуем подать на вход синусоиду с частотой 1 кГц:

Пример осциллограммы для выпрямителя тока.

Первый канал (желтый) – входной сигнал
Второй канал (красный) – выходной сигнал с цепи диода Шоттки
Третий канал (синий) – нормальный выходной сигнал с диода

Результат соответствует ожиданиям. Диоды пропускают ток только в одном направлении, поэтому нижняя половина входного сигнала отсекается. Пока, честно говоря, разницы нет. Увеличиваем частоту входного сигнала до 100 кГц:

Скоростной отклик диода Шоттки.

Первый канал (желтый) – входной сигнал
Второй канал (красный) – выходной сигнал с диода Шоттки
Третий канал (синий) – нормальный выходной сигнал от диода

Здесь мы уже видим, что обычный диод не справится с этим сигналом. Когда диод переключается (из открытого состояния в закрытое), возникает нежелательный импульс обратного тока (именно так, как мы обсуждали ранее).

Итак, мы рассмотрели структуру, основные характеристики и принцип работы Диод Шоттки. На этом сегодняшняя статья закончена, большое спасибо за уделенное время и до встречи в следующих статьях!

Читайте далее:
Сохранить статью?