Schottky-barriärdioder är halvledardioder konstruerade med minimal framspänning och snabba omkopplingshastigheter som kan vara så låga som 10 ns. Dessa tillverkas i strömområden på 500 mA till 5 ampere och upp till 40 V. På grund av dessa funktioner blir de speciellt lämpliga i lågspännings-, högfrekventa applikationer som i SMPS, och även som effektiva frihjulsdioder.

“ac till dc omvandlare schematisk ”

Enhetens symbol visas i följande bild:

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

Intern konstruktion

Schottky-dioder är konstruerade annorlunda jämfört med de traditionella p-n-korsningsdioderna. Istället för en p-n-korsning byggs de med hjälp av en metall halvledarkorsning enligt nedanstående.

Halvledarsektionen är mestadels byggd med kisel av n-typ, och även med en massa olika material som platina, volfram, molybden, krom etc. Dioden kan ha olika uppsättningar egenskaper beroende på vilket material som används, vilket gör att de kan förbättras växlingshastighet, lägre framåt spänningsfall etc.

Hur det fungerar

I Schottky-dioder blir elektroner majoritetsbäraren i halvledarmaterialet, medan i metallen uppvisar extremt små minoritetsbärare (hål). När de två materialen är länkade börjar elektronerna i kiselhalvledaren strömma snabbt mot den anslutna metallen, vilket resulterar i en massiv överföring av majoritetsbärare. På grund av deras ökade kinetiska energi än metallen kallas de i allmänhet 'heta bärare'.

De normala p-n-korsningsdioderna som minoritetsbärarna injiceras över olika intilliggande polariteter. I Schottky-dioder injiceras elektroner över regioner med identisk polaritet.

Den massiva tillströmningen av elektroner mot metallen orsakar kraftigt förlust av bärare för kiselmaterialet i området nära anslutningsytan, vilket liknar utarmningsområdet för p-n-korsningen av andra dioder. De extra bärarna i metallen skapar en 'negativ vägg' i metallen mellan metallen och halvledaren som blockerar ytterligare ströminträde. Betydelsen av de negativt laddade elektronerna vid kiselhalvledaren inuti Schottky-dioder underlättar en bärarfri region tillsammans med en negativ vägg vid metallytan.

Med hänvisning till figuren som visas nedan orsakar applicering av framåtförspänningsström i den första kvadranten en minskning av energin hos den negativa barriären på grund av den positiva attraktionen från elektronerna i detta område. Detta leder till returflödet av elektroner i stora mängder över gränsen. Storleken på dessa elektroner beror på storleken på potentialen som används för förspänningen.

Skillnad mellan normala dioder och Schottky-dioder

Jämfört med normala p-n-korsningsdioder är barriärövergången i Schottky-dioder lägre, både i framåt- och bakåtregioner.

Detta gör det möjligt för Schottky-dioderna att ha mycket förbättrad strömledning för samma nivå av förspänningspotential, över både framåtgående och bakåtförspända regioner. Detta verkar vara en bra funktion i den främre förspänningsregionen, även om den är dålig för omvänd förspänningsregion.

Definitionen av allmänna egenskaper hos en halvledardiod för de främre och bakre förspänningsregionerna representeras av ekvationen:

Jag _D = Jag _S ( är ^{kVd / Tk} -1)

där är = omvänd mättnadsström
k = 11 600 / η med η = 1 för Germanium-material och η = 2 för kiselmaterial

Samma ekvation beskriver den exponentiella ökningen av strömmen i Schottky-dioder i följande figur, men faktorn η bestäms av diodens typ av konstruktion.

Jämförelse av egenskaper hos hot-carrier och p-n-korsningsdioder

I regionen omvänd förspänning, nuvarande Är beror främst på de metallelektroner som reser in i halvledarmaterialet.

Temperaturegenskaper

För Schottky-dioder är en av de främsta aspekterna som kontinuerligt har undersökts hur man minimerar dess betydande läckströmmar vid höga temperaturer över 100 ° C.

Detta har lett till produktion av bättre och förbättrade enheter som kan fungera effektivt även vid extrema temperaturer mellan - 65 och + 150 ° C.

Vid typiska rumstemperaturer kan detta läckage ligga i intervallet mikroampere för Schottky-dioder med låg effekt och i intervallet milliamper för enheter med hög effekt.

Dessa siffror är dock större jämfört med normala p-n-dioder med samma effektspecifikationer. Även PIV-betyg för en Schottky-diod kan vara mycket mindre än våra traditionella dioder.

Exempelvis kan en 50 amp-anordning normalt ha en PIV-klassning på 50 V, medan detta kan vara upp till 150 V för en normal 50 amp-diod. Med detta sagt har de senaste framstegen möjliggjort Schottky-dioder med PIV-värden över 100 V vid samma strömstyrka.

Av den ovanstående grafiska framställningen blir det klart att Schottky-dioder tillskrivs en nästan idealisk uppsättning egenskaper, ännu bättre än en kristalldiod (punktkontaktdiod). Framåtfallet för en punktkontaktdiod är typiskt lägre än en normal p-n-kopplingsdiod.

VT eller Schottky-diodens spänningsfall i stor utsträckning bestäms av metallen inuti. Det råkar vara en avvägning mellan effekten av temperaturen och VT-nivån. Om en av dessa parametrar ökar ökar också den andra och försämrar enhetens effektivitetsnivå. Vidare beror VT också på det aktuella området, lägre tillåtna värden säkerställer lägre värden på VT. VT-framåtfallet kan i princip vara noll för en given lågnivåenhet, i en ungefärlig utvärdering. För mellersta och högre strömområden kan de nedåtriktade värdena vara cirka 0,2 V, och detta verkar vara ett bra representativt värde.

För närvarande är det maximalt tillåtna Schottky-dioden som finns tillgängligt runt 75 ampere, även om upp till 100 ampere snart kan vara i horisonten.

Schottky-diodapplikation

Schottky-diodernas huvudsakliga applikationsområde är att byta strömförsörjning eller SMPS, som är avsedda att fungera med frekvenser över 20 kHz.

“vad är bandstoppfilter ”

Vanligtvis kan en 50 A Schottky-diod vid rumstemperatur klassas med en framspänning på 0,6 V och en återhämtningstid på 10 ns, speciellt utformad för en SMPS-applikation. Å andra sidan kan en vanlig p-n-korsningsdiod uppvisa ett framåtfall på 1,1 V och återhämtningstom på cirka 30 till 50 ns, vid samma strömspecifikation.

Du kan tycka att ovanstående framspänningsskillnad är ganska liten, men om vi tittar på effektförlustnivån mellan de två: P (varm bärare) = 0,6 x 50 = 30 watt och P (pn) = 1,1 x 50 = 55 watt, vilket är en ganska mätbar skillnad, som kan skada SMPS: s effektivitet kritiskt.

Även om dissipationen i en Schottky-diod i den omvända förspänningsregionen kan vara något högre, kommer fortfarande nätförspänningen och bakåtförspänningen att vara mycket bättre än en p-n-korsningsdiod.

Omvänd återhämtningstid

I vanlig p-n halvledardiod är omvänd återhämtningstid (trr) hög på grund av de injicerade minoritetsbärarna.

I Schottky-dioder på grund av extremt låga minoritetsbärare är den omvända återhämtningstiden väsentligt låg. Det är därför Schottky-dioder kan arbeta så effektivt även vid frekvenser på 20 GHz, vilket kräver att enheterna byter med extremt snabb hastighet.

För högre frekvenser än detta används fortfarande en punktkontaktdiod eller en kristalldiod på grund av deras mycket lilla förbindningsområde eller punktföreningsområde.

Schottky-dioder motsvarande krets

Nästa figur visar motsvarande krets för en Schottky-diod med typiska värden. Den angränsande symbolen är enhetens standardsymbol.

Induktansen Lp och kapacitansen Cp är de värden som anges i själva förpackningen, rB utgör seriemotståndet som består av kontaktmotståndet och bulkmotståndet.

Värdena för motståndet rd och kapacitansen Cj är enligt beräkningarna som diskuterats i föregående stycken.

Schottky-diodspecifikationsdiagram

Diagrammet nedan ger oss en lista över hot-carrier likriktare tillverkade av Motorola Semiconductor Products tillsammans med deras specifikationer och detaljerade detaljer.