Когда речь идет о низком энергопотреблении, сильном токе и сверхскоростных полупроводниковых устройствах, многие энтузиасты электроники и инженеры-электронщики в первую очередь подумайте о диодах Шоттки. Но действительно ли вы знаете, как использовать диоды Шоттки? Что такого особенного в диодах Шоттки по сравнению с другими диодами? В этой статье я решу для вас эти проблемы и подробно расскажу о диодах Шоттки.
Что такое диод Шоттки?
Определение диода Шоттки Диод Шоттки, также известный как диод с горячей несущей, представляет собой полупроводниковый диод с низким прямым падением напряжения и очень быстрым коммутационным действием. Когда ток протекает через диод Шоттки, на клеммах диода Шоттки происходит небольшое падение напряжения. Падение напряжения обычных диодов составляет от 0,6 В до 1,7 В, а падение напряжения у диодов Шоттки обычно составляет от 0,15 В до 0,45 В. Это меньшее падение напряжения обеспечивает лучшую эффективность системы и более высокую скорость переключения. В диоде Шоттки между полупроводником и металлом образуется полупроводник-металлический переход, создающий барьер Шоттки. Полупроводник N-типа действует как катод, а металлическая сторона действует как анод диода. Этот барьер Шоттки приводит к низкому прямому падению напряжения и очень быстрому переключению. Schottky diode circuit symbol Schottky Diode Internal Structure >Диоды Шоттки образуются путем соединения легированной полупроводниковой области (обычно N-типа) с металлом (например, золотом, серебром, платиной). Не PN-переход, а metal-semiconductor, как показано на рисунке ниже.="/uploads/images/20230309111935359a15386.jpg" alt="20230309111935359a15386.jpg"/>
Диодная структура Шоттки diagram
Эквивалентная схема диода Шоттки Эквивалентная схема диода ШотткиКак работают диоды Шоттки Когда металл соединяется с полупроводником N-типа, образуется MS-переход. Это соединение называется барьером Шоттки. Барьер Шоттки ведет себя по-разному в зависимости от того, является ли диод несмещенным, прямым или обратным. Несмещенный диод Шоттки Когда металл соединяется с полупроводником N-типа, conЭлектроны зоны продукции (свободные электроны) в полупроводнике N-типа перемещаются от полупроводника N-типа к металлу, устанавливая состояние равновесия. Мы знаем, что когда нейтральный атом теряет электрон, он становится положительным ионом, а когда нейтральный атом получает дополнительный электрон, он становится отрицательным ионом. Электроны зоны проводимости или свободные электроны через переход обеспечат дополнительные электроны для атомов в металле. В результате атомы на металлическом переходе получают дополнительные электроны, в то время как атомы на N-стороннем переходе теряют электроны. Unbiased Schottky diode Атомы, которые теряют электроны на N-стороннем переходе, станут позироватьИоны, в то время как атомы, которые получают дополнительные электроны на металлическом переходе, станут отрицательными ионами. Следовательно, положительные ионы генерируются на N-стороннем переходе, а отрицательные ионы генерируются на металлическом переходе. Эти положительные и отрицательные ионы являются не чем иным, как истощенными областями.
Поскольку металлы имеют большое количество свободных электронов, ширина этих электронов, движущихся в металл, ничтожно мала по сравнению с шириной внутри полупроводника N-типа. Следовательно, встроенный потенциал или встроенное напряжение в основном существует внутри полупроводника N-типа. Встроенное напряжение является барьером, который видят электроны зоны проводимости полупроводника N-типа при попытке войти в металл.
Чтобы преодолеть это препятствие, свободным электронам требуется больше энергии, чем встроенное напряжение. В несмещенном диоде Шоттки только небольшое количество электронов будет перетекать из полупроводника N-типа в металл. Встроенное напряжение предотвращает дальнейшее поступление электронов из полупроводниковой зоны проводимости в металл. Перенос свободных электронов из полупроводника N-типа в металл вызывает изгиб зоны вблизи контакта.
Forward Biased Schottky Diodes
Если положительный полюс батареи соединен с металлом, а отрицательный полюс подключен к полупроводнику N-типа, то диод Шоттки называется прямым смещением.
Когда прямое смещение применяется к диоду Шоттки, в полупроводниках и металлах N-типа генерируется большое количество свободных электронов. Однако свободные электроны в полупроводниках и металлах N-типа не могут пересечь переход, если не приложено напряжение более 0,2 вольта.
<p style="text-align: center;">
Диоды Шоттки с прямым смещением
Если приложенное напряжение превышает 0,2 вольта, свободные электроны получают достаточно энергии и преодолевают встроенное напряжение в области истощения. В результате через диод Шоттки начинает течь ток. Если приложенное напряжение постоянно увеличивается, область истощения становится очень тонкой и в конечном итоге исчезает.
Диод Шоттки с обратным смещениемЕсли отрицательный полюс батареи подключен к металлу, а положительный полюс подключен к полупроводнику N-типа, говорят, что диод Шоттки имеет обратное смещение. Когда на диод Шоттки подается напряжение обратного смещения, ширина обеднения увеличивается. В результате ток перестает течь. Небольшое количество тока утечки возникает из-за термического возбужденияd электронов в металле.
Reverse Biased Schottky Diode Если обратное смещение продолжает увеличиваться, ток постепенно увеличивается из-за более слабого барьера. Если напряжение обратного смещения значительно увеличить, ток внезапно возрастет. Это внезапное повышение тока может привести к повреждению области истощения, что может привести к необратимому повреждению устройства. аналогичны обычным диодам с PN-переходом, но все же есть фоллоОтличия крыльев.VI Характеристики барьерных диодов ШотткиИз характеристик VI видно, что характеристики VI диодов с барьером Шоттки
VI Характеристики барьерных диодов Шоттки Барьерные диоды Шоттки имеют меньшее прямое падение напряжения, чем обычные диоды с PN-переходом. Барьерные диоды Шоттки, изготовленные из кремния, демонстрируют прямое падение напряжения от 0,3 до 0,5 вольт Прямое падение напряжения увеличивается с увеличением концентрации легирования полупроводников n-типа. Из-за высокой концентрации носителей характеристики VI диодов с барьером Шоттки круче, чем у обычных диодов с PN-переходом. ШотткиПреимущество 1</strong>: Low forward voltage drop Напряжение включения диода Шоттки составляет от 0,2 В до 0,3 В для кремниевого диода, а напряжение включения стандартного кремниевого диода составляет от 0,6 до 0,7 вольт. Это дает ему такое же напряжение включения, как и у германиевого диода. Advantage 2: Быстрое время восстановленияБыстрое время восстановления из-за небольшого объема накопленного заряда означает, что его можно использовать в высокоскоростных коммутационных приложениях. Advantage 3: Low Junction Capacitance Учитывая очень маленькую активную площадь, как правило, из-за использования линейных точечных контактов на кремнии, уровни емкости очень малы. Advantage 4: High Current density Диоды Шоттки имеют незначительную область истощения. Таким образом, приложения небольшого напряжения достаточно для генерации большого тока. Advantage 5: less noise Диоды Шоттки генерируют меньше нежелательных шумов, чем типичные диоды с PN-переходом. Advantage 6: Better performance Диоды Шоттки будут рассеивать меньше энергии и могут легко соответствовать требованиям низковольтных приложений. Недостаток 1: Более высокий обратный ток Поскольку диод Шоттки является металлическим полупроводникомили структура, легче пропускать ток, когда напряжение обратное. Недостаток 2: Нижнее максимальное обратное напряжение Обратное напряжение - это напряжение, при котором диод выйдет из строя и начнет проводить значительное количество тока, когда напряжение подключено в обратном порядке (катод к аноду). Это означает, что диоды Шоттки не могут выдерживать очень большие обратные напряжения без пробоя и проведения большого тока. Даже до достижения этого максимального обратного значения он все еще пропускает небольшое количество тока. Функция и применение диода Шоттки >Диоды Шоттки имеют множество полезных применений, начиная от выпрямления, преобразования сигналов, коммутации, зажима напряжения, солнечных элементов и заканчивая логическими элементами TTL и CMOS, в основном из-за их низкого энергопотребления и высокой скорости переключения. Логические вентили Шоттки TTL обозначаются буквами LS, появляющимися где-то в их коде логических вентилей, например 74LS00. Радиочастотные смесители и детекторные диоды ScДиоды hottky уникальны в радиочастотных приложениях из-за их высокой скорости переключения и высокой частоты. По этой причине барьерные диоды Шоттки используются во многих высокопроизводительных диодных кольцевых смесителях. В дополнение к этому, их низкое напряжение включения, высокочастотные возможности и низкая емкость делают их идеальными для радиочастотных детекторов. Power Rectifier Барьерные диоды Шоттки также используются в мощных приложениях в качестве выпрямителей. Их высокая плотность тока и низкое прямое падение напряжения означают, что тратится меньше энергии, чем при использовании обычных диодов с PN-переходом. Эта повышенная эффективность означает, что необходимо рассеивать меньше тепла, и в конструкцию могут быть включены радиаторы меньшего размера.Преимущества и недостатки диодов
Что особенного в диодах ШотткиКак мы уже говорили ранее, диоды Шоттки выглядят и ведут себя очень похоже на обычные диоды, но уникальной особенностью диодов Шоттки является их чрезвычайно низкое падение напряжения и высокие переключатели.нг скорость.
Common Model
