Schottkyho dioda

Schottkyho dioda  - polovodičová dioda s malým úbytkem napětí při průchodu stejnosměrného proudu.

Pojmenován po německém fyzikovi Walteru Schottkym . V odborné literatuře se často používá úplnější název - Schottkyho bariérová dioda .

Popis

Schottkyho diody používají kov-polovodičový přechod jako Schottkyho bariéru , na rozdíl od konvenčních diod, které používají pn přechod . Přechod kov-polovodič má řadu speciálních vlastností (odlišných od vlastností polovodičového pn přechodu). Patří mezi ně: snížený pokles napětí v propustném směru , vysoký svodový proud , velmi malý zpětný náboj . To je vysvětleno skutečností, že ve srovnání s konvenčním pn přechodem nemají takové diody difúzi spojenou s injekcí menšinových nosičů, to znamená, že fungují pouze na hlavních nosičích a jejich rychlost je určena pouze bariérovou kapacitou .

Schottkyho diody jsou obvykle vyráběny na bázi křemíku (Si) , karbidu křemíku (SiC) [1] [2] nebo arsenidu galia (GaAs) , méně často - na bázi germania (Ge) . Výběr kovu pro kontakt s polovodičem určuje mnoho parametrů Schottkyho diody. Především je to hodnota rozdílu kontaktních potenciálů vytvořených na rozhraní kov-polovodič. Při použití Schottkyho diody jako detektoru určuje její citlivost a při použití ve směšovačích určuje potřebný výkon lokálního oscilátoru. Proto jsou nejčastěji používané kovy Ag , Au , Pt , Pd , W , které jsou naneseny na povrchu polovodiče a dávají hodnotu potenciální bariéry 0,2 ... 0,9 eV.

V praxi se většina Schottkyho diod na bázi křemíku (Si) používá v nízkonapěťových obvodech se zpětným napětím v řádu jednotek - několik desítek voltů. Zařízení na bázi karbidu křemíku (SiC) se používají ve vyšších napěťových obvodech, jejich omezující zpětné napětí je od 600 do 1200 V [1] [2] . Pokles napětí v propustném směru u takových diod není zpravidla menší než u podobných křemíkových diod s pn přechodem a jejich hlavními výhodami jsou vysoká rychlost a nízká bariérová kapacita. Takové diody se často používají ve výstupních obvodech korektoru účiníku (PFC) .

Vlastnosti Schottkyho diod

• Pokles napětí na Schottkyho diodě při jejím přímém zapnutí a maximálním přípustném proudu procházejícím zařízením je 0,2–0,4 voltu, zatímco pro běžné, například křemíkové diody s pn přechodem , je tato hodnota asi 0,6–0, 7 voltů. Takto malý úbytek napětí na Schottkyho diodě při jejím přímém zapojení je však vlastní pouze v sérii s maximálním povoleným zpětným napětím do desítek voltů, zatímco u zařízení s vyšším maximálním povoleným zpětným napětím se stává srovnatelným se stejnosměrným napětím. pokles křemíkových diod, což může omezovat použití Schottkyho diody.
• Schottkyho diody mají nižší kapacitu než diody s přechodem pn, protože při průchodu stejnosměrného proudu ve struktuře neakumulují vedlejší nosiče náboje (difúzní kapacita), proto mají vyšší pracovní frekvenci. To je vlastnost Schottkyho diod v logických integrovaných obvodech , kde jsou přechody báze-kolektor tranzistorů posunuty Schottkyho diodami a v otevřeném stavu tranzistoru je přebytečný řídicí proud báze odváděn do kolektoru, což zabraňuje náboj menšinových nosičů z hromadění v základní vrstvě.

Ve výkonové elektronice krátká doba zotavení umožňuje stavět usměrňovače pro frekvence stovek kilohertzů a vyšší. Například dioda MBR4015 (maximální přípustné zpětné napětí 15 V, maximální přípustný propustný proud 40 A ), určená k usměrnění vysokofrekvenčního napětí, má čas zpětného zotavení asi 10 kV / μs [3] .

• Díky rychlé obnově zpětného odporu se Schottkyho diodové usměrňovače liší od běžných diodových usměrňovačů sníženou hladinou šumu díky absenci krátkých pulzů, ke kterým dochází při vypnutí diody během procesu zpětné obnovy, proto jsou vhodnější pro použití v analogových sekundárních napájecích zdrojích .

• I při krátkodobém překročení maximálního dovoleného zpětného napětí Schottkyho dioda nevratně selže, na rozdíl od klasických křemíkových diod s pn přechodem, které přecházejí do reverzibilního [4] režimu lavinového průrazu a jejich struktura se při ztrátě výkonu nezničí. diodovým krystalem nepřekračuje povolené hodnoty; po odstranění vysokého zpětného napětí konvenční dioda na rozdíl od Schottkyho diody zcela obnoví své vlastnosti.
• Schottkyho diody se vyznačují zvýšenými (ve srovnání s konvenčními křemíkovými pn-diodami) zpětnými proudy, které se zvyšují s rostoucí teplotou krystalu. Například u 30CPQ150 se zpětný proud při maximálním zpětném napětí pohybuje od 0,12 mA při +25 °C do 6,0 mA při +125 °C. U nízkonapěťových diod v pouzdrech TO220 může zpětný proud překročit stovky miliampérů (MBR4015 - až 600 mA při +125 °C). Neuspokojivé podmínky pro odvod tepla při provozu Schottkyho diody s vysokými zpětnými proudy mohou vést k jejímu tepelnému průrazu .

Nomenklatura Schottkyho diod

Schottkyho diody jsou často součástí moderních diskrétních polovodičových zařízení:

• MOSFETy s vestavěnou volnoběžnou Schottkyho diodou (poprvé vydané International Rectifier pod obchodní značkou FETKY v roce 1996 ) jsou hlavní součástí synchronních usměrňovačů . Na rozdíl od konvenčního MOSFETu, jehož vestavěná flyback dioda má vysoký úbytek napětí v propustném směru a průměrné časovací charakteristiky (protože jde o konvenční diodu pn junction tvořenou oblastmi svodu a substrátem kombinovaným se zdrojem), použití Schottkyho flyback diody umožňuje stavět výkonové synchronní usměrňovače s konverzní frekvencí stovek kilohertzů a vyšší. V této třídě jsou zařízení s vestavěnými hradlovými ovladači a synchronními usměrňovači.
• Takzvané ORing diody [5] a ORing sestavy jsou výkonové diody a diodové sestavy používané ke kombinaci paralelních napájecích zdrojů se společnou zátěží ve vysoce spolehlivých zařízeních s redundancí při výpadku napájení (logické napájení OR). Vyznačují se zvláště nízkým, normalizovaným stejnosměrným úbytkem napětí. Například specializovaná miniaturní dioda MBR140 ( 30 V, 1 A ) při proudu 100 mA má propustný úbytek napětí maximálně 360 mV při +25 °C a 300 mV při +85 °C. ORing diody se vyznačují relativně velkou plochou pn přechodu a nízkou proudovou hustotou .

Poznámky

1. ↑ 1 2 SiC Schottkyho diody - STMicroelectronics
2. ↑ 1 2 CoolSiC™ Schottkyho diody – Infineon Technologies
3. ↑ alldatasheet.com. MBR4015 pdf, popis MBR4015, datové listy MBR4015, zobrazení MBR4015 ::: ALLDATASHEET ::: . pdf1.alldatasheet.com. Datum přístupu: 14. února 2018. Archivováno z originálu 15. února 2018. (neurčitý)
4. ↑ Polovodičová dioda . TSB . Získáno 1. listopadu 2015. Archivováno z originálu 4. března 2016. (neurčitý)
5. ↑ Provedení operace OR

Odkazy

Schottkyho dioda - článek z Velké sovětské encyklopedie .