Schottky diodes - อุปกรณ์, ประเภท, ลักษณะและการใช้งาน

Schottky diode หรืออย่างแม่นยำกว่า Schottky barrier diodes เป็นอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ที่ทำขึ้นจากการสัมผัสระหว่างโลหะกับเซมิคอนดักเตอร์ ในขณะที่ไดโอดทั่วไปใช้จุดเชื่อมต่อ pn ของเซมิคอนดักเตอร์

ไดโอด Schottky เป็นชื่อและรูปลักษณ์ของมันในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ของ Walter Schottky นักฟิสิกส์ชาวเยอรมัน ซึ่งในปี 1938 ได้ศึกษาผลกระทบของสิ่งกีดขวางที่เพิ่งค้นพบใหม่ ยืนยันทฤษฎีก่อนหน้านี้ซึ่งแม้แต่การปล่อยอิเล็กตรอนจากโลหะก็ยังถูกขัดขวางโดยสิ่งกีดขวางที่อาจเกิดขึ้น แต่เมื่อใช้สนามไฟฟ้าภายนอก สิ่งกีดขวางนี้จะลดลง Walter Schottky ค้นพบเอฟเฟกต์นี้ ซึ่งต่อมาเรียกว่าเอฟเฟกต์ Schottky เพื่อเป็นเกียรติแก่นักวิทยาศาสตร์

ด้านร่างกาย

การตรวจสอบการสัมผัสระหว่างโลหะกับสารกึ่งตัวนำ จะเห็นได้ว่าหากใกล้กับพื้นผิวของสารกึ่งตัวนำมีบริเวณที่พร่องในตัวพาประจุส่วนใหญ่ จากนั้นในบริเวณที่สัมผัสของสารกึ่งตัวนำนี้กับโลหะที่ด้านข้างของสารกึ่งตัวนำ , โซนอวกาศเกิดขึ้นจากประจุไฟฟ้าจากตัวรับและผู้บริจาคที่แตกตัวเป็นไอออนและเกิดการสัมผัสการปิดกั้น - สิ่งกีดขวาง Schottky เอง ... สิ่งกีดขวางนี้เกิดขึ้นภายใต้เงื่อนไขใด? กระแสการแผ่รังสีความร้อนจากพื้นผิวของของแข็งถูกกำหนดโดยสมการริชาร์ดสัน:

ให้เราสร้างเงื่อนไขที่เมื่อสารกึ่งตัวนำ เช่น ชนิด n สัมผัสกับโลหะ ฟังก์ชันการทำงานทางอุณหพลศาสตร์ของอิเล็กตรอนจากโลหะจะมากกว่าฟังก์ชันการทำงานทางอุณหพลศาสตร์ของอิเล็กตรอนจากสารกึ่งตัวนำ ภายใต้เงื่อนไขดังกล่าว ตามสมการของ Richardson กระแสการแผ่รังสีความร้อนจากพื้นผิวเซมิคอนดักเตอร์จะมากกว่ากระแสการแผ่รังสีความร้อนจากพื้นผิวโลหะ:

ในช่วงเวลาเริ่มต้น เมื่อสัมผัสกับวัสดุเหล่านี้ กระแสจากเซมิคอนดักเตอร์ไปยังโลหะจะเกินกระแสย้อนกลับ (จากโลหะไปยังเซมิคอนดักเตอร์) ซึ่งเป็นผลมาจากในบริเวณใกล้พื้นผิวของทั้งเซมิคอนดักเตอร์และ โลหะ ประจุอวกาศจะเริ่มสะสม — บวกในเซมิคอนดักเตอร์และลบ — ในโลหะ ในพื้นที่สัมผัสสนามไฟฟ้าที่เกิดจากประจุเหล่านี้จะเกิดขึ้นและจะมีการโค้งงอของแถบพลังงาน

ภายใต้การกระทำของสนาม ฟังก์ชันการทำงานทางอุณหพลศาสตร์สำหรับเซมิคอนดักเตอร์จะเพิ่มขึ้นและการเพิ่มขึ้นจะดำเนินต่อไปจนกว่าฟังก์ชันการทำงานทางอุณหพลศาสตร์และกระแสการแผ่รังสีความร้อนที่สอดคล้องกันที่ใช้กับพื้นผิวจะเท่ากันในพื้นที่สัมผัส

ภาพของการเปลี่ยนไปสู่สภาวะสมดุลด้วยการก่อตัวของสิ่งกีดขวางที่อาจเกิดขึ้นสำหรับสารกึ่งตัวนำชนิด p และโลหะนั้นคล้ายคลึงกับตัวอย่างที่พิจารณาด้วยสารกึ่งตัวนำชนิด n และโลหะ บทบาทของแรงดันไฟฟ้าภายนอกคือการควบคุมความสูงของสิ่งกีดขวางที่อาจเกิดขึ้นและความแรงของสนามไฟฟ้าในบริเวณประจุไฟฟ้าของเซมิคอนดักเตอร์

รูปด้านบนแสดงไดอะแกรมพื้นที่ของระยะต่างๆ ของการก่อตัวของสิ่งกีดขวางชอตต์กี ภายใต้สภาวะสมดุลในเขตสัมผัส กระแสความร้อนที่ปล่อยออกมาจะเท่ากัน เนื่องจากผลกระทบของสนาม สิ่งกีดขวางที่อาจเกิดขึ้นจะปรากฏขึ้น ซึ่งความสูงเท่ากับความแตกต่างระหว่างฟังก์ชันการทำงานของอุณหพลศาสตร์: φk = FMe — Фп / п

เห็นได้ชัดว่าลักษณะแรงดันไฟฟ้าในปัจจุบันสำหรับสิ่งกีดขวาง Schottky นั้นไม่สมมาตร ในทิศทางไปข้างหน้า กระแสจะเพิ่มขึ้นแบบทวีคูณตามแรงดันไฟฟ้าที่ใช้ ในทางกลับกัน กระแสไม่ได้ขึ้นอยู่กับแรงดัน ในทั้งสองกรณี กระแสจะขับเคลื่อนโดยอิเล็กตรอนเป็นตัวพาประจุหลัก

ดังนั้นไดโอด Schottky จึงแตกต่างด้วยความเร็วเนื่องจากไม่รวมกระบวนการกระจายและการรวมตัวกันใหม่ที่ต้องใช้เวลาเพิ่มเติม การพึ่งพากระแสไฟฟ้ากับแรงดันไฟฟ้านั้นสัมพันธ์กับการเปลี่ยนแปลงจำนวนพาหะ เนื่องจากพาหะเหล่านี้เกี่ยวข้องกับกระบวนการถ่ายโอนประจุ แรงดันไฟฟ้าภายนอกจะเปลี่ยนจำนวนอิเล็กตรอนที่สามารถผ่านจากด้านหนึ่งของสิ่งกีดขวาง Schottky ไปอีกด้านหนึ่ง

ด้วยเทคโนโลยีการผลิตและตามหลักการทำงานที่อธิบายไว้ ไดโอด Schottky จึงมีแรงดันตกคร่อมต่ำในทิศทางไปข้างหน้า ซึ่งน้อยกว่าไดโอด p-n แบบดั้งเดิมมาก

ที่นี่ แม้แต่กระแสเริ่มต้นเพียงเล็กน้อยผ่านพื้นที่สัมผัสก็นำไปสู่การปล่อยความร้อน ซึ่งก่อให้เกิดการปรากฏตัวของพาหะกระแสเพิ่มเติม ในกรณีนี้ ไม่มีการอัดฉีดพาหะของชนกลุ่มน้อย

ไดโอด Schottky จึงไม่มีความจุกระจายเนื่องจากไม่มีพาหะส่วนน้อย และเป็นผลให้ความเร็วค่อนข้างสูงเมื่อเทียบกับไดโอดเซมิคอนดักเตอร์ มันกลายเป็นรูปร่างหน้าตาของทางแยก p-n ที่ไม่สมมาตร

ดังนั้น อย่างแรกเลย Schottky diodes คือไดโอดไมโครเวฟสำหรับวัตถุประสงค์ต่างๆ: ตัวตรวจจับ, การผสม, การผ่านของหิมะถล่ม, พารามิเตอร์, การเต้นเป็นจังหวะ, การคูณ ไดโอด Schottky สามารถใช้เป็นเครื่องตรวจจับรังสี, สเตรนเกจ, ตัวตรวจจับรังสีนิวเคลียร์, ตัวปรับค่าแสง และตัวเรียงกระแสความถี่สูงในที่สุด

การกำหนดไดโอด Schottky บนไดอะแกรม

Diode Schottky วันนี้

ปัจจุบัน Schottky diodes ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ในไดอะแกรมจะแสดงความแตกต่างจากไดโอดทั่วไป คุณมักจะพบวงจรเรียงกระแส Schottky แบบคู่ที่ผลิตในตัวเรือนสามขาตามแบบฉบับของสวิตช์ไฟ โครงสร้างคู่ดังกล่าวประกอบด้วยไดโอด Schottky สองตัวอยู่ภายใน เชื่อมต่อกันด้วยแคโทดหรือแอโนด ซึ่งบ่อยกว่าแคโทด

ไดโอดในแอสเซมบลีมีพารามิเตอร์ที่คล้ายกันมาก เนื่องจากแต่ละโหนดดังกล่าวผลิตขึ้นในวงจรเทคโนโลยีเดียว ดังนั้นอุณหภูมิในการทำงานจึงเท่ากันและความน่าเชื่อถือก็สูงขึ้น แรงดันไฟฟ้าตกอย่างต่อเนื่องที่ 0.2-0.4 โวลต์พร้อมกับความเร็วสูง (หน่วยเป็นนาโนวินาที) เป็นข้อได้เปรียบที่ไม่ต้องสงสัยของไดโอด Schottky เหนือคู่ p-n

ลักษณะเฉพาะของสิ่งกีดขวาง Schottky ในไดโอดซึ่งเกี่ยวข้องกับแรงดันไฟตกต่ำนั้นแสดงให้เห็นที่แรงดันไฟฟ้าที่ใช้สูงถึง 60 โวลต์แม้ว่าความเร็วจะคงที่ก็ตาม วันนี้ไดโอด Schottky ประเภท 25CTQ045 (สำหรับแรงดันไฟฟ้าสูงถึง 45 โวลต์สำหรับกระแสสูงถึง 30 แอมแปร์สำหรับไดโอดแต่ละคู่ในชุดประกอบ) สามารถพบได้ในอุปกรณ์จ่ายไฟแบบสวิตชิ่งจำนวนมากซึ่งทำหน้าที่เป็นวงจรเรียงกระแสสำหรับกระแสสูงถึงหลายตัว ร้อยกิโลเฮิรตซ์

เป็นไปไม่ได้ที่จะไม่แตะต้องหัวข้อข้อเสียของ Schottky diodes แน่นอนว่ามีอยู่และมีสองอย่าง ประการแรก แรงดันไฟฟ้าวิกฤตส่วนเกินในระยะสั้นจะปิดใช้งานไดโอดทันที ประการที่สอง อุณหภูมิมีผลอย่างมากต่อกระแสย้อนกลับสูงสุด ที่อุณหภูมิทางแยกที่สูงมาก ไดโอดจะขาดง่ายแม้จะทำงานที่แรงดันไฟฟ้าที่กำหนด

ไม่มีนักวิทยุสมัครเล่นคนใดที่สามารถทำได้โดยไม่มี Schottky diodes ในการฝึกฝนของเขา สามารถสังเกตไดโอดยอดนิยมได้ที่นี่: 1N5817, 1N5818, 1N5819, 1N5822, SK12, SK13, SK14 ไดโอดเหล่านี้มีทั้งแบบเอาท์พุตและแบบ SMD สิ่งสำคัญที่นักวิทยุสมัครเล่นชื่นชมพวกเขามากคือความเร็วสูงและแรงดันไฟฟ้าที่จุดเชื่อมต่อต่ำ — สูงสุด 0.55 โวลต์ — ด้วยต้นทุนที่ต่ำของส่วนประกอบเหล่านี้

PCB ที่หายากทำโดยไม่มีไดโอด Schottky เพื่อจุดประสงค์ใดจุดประสงค์หนึ่ง ที่ไหนสักแห่งไดโอด Schottky ทำหน้าที่เป็นวงจรเรียงกระแสพลังงานต่ำสำหรับวงจรป้อนกลับที่ไหนสักแห่ง - เป็นตัวปรับแรงดันไฟฟ้าที่ระดับ 0.3 - 0.4 โวลต์และบางแห่งก็เป็นเครื่องตรวจจับ

ในตารางด้านล่าง คุณสามารถดูพารามิเตอร์ของไดโอด Schottky พลังงานต่ำที่พบมากที่สุดในปัจจุบัน