Schottky-barrièrediodes zijn halfgeleiderdiodes die zijn ontworpen met een minimale voorwaartse spanning en hoge schakelsnelheden die zo laag kunnen zijn als 10 ns. Deze worden vervaardigd in stroombereiken van 500 mA tot 5 ampère en tot 40 V. Door deze eigenschappen worden ze specifiek geschikt in laagspannings- en hoogfrequente toepassingen zoals in SMPS, en ook als efficiënte vrijloopdiodes.

“verschil tussen enkelfasige en driefasige bedrading ”

Het symbool van het apparaat wordt weergegeven in de volgende afbeelding:

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

Interne constructie

Schottky-diodes zijn anders geconstrueerd in vergelijking met de traditionele p-n-junctiediodes. In plaats van een p-n-overgang zijn ze gebouwd met een metalen halfgeleiderovergang zoals hieronder weergegeven.

Het halfgeleidergedeelte is meestal gebouwd met behulp van n-type silicium, en ook met een heleboel verschillende materialen zoals platina, wolfraam, molybdeen, chroom enz. De diode kan verschillende kenmerken hebben, afhankelijk van het materiaal dat wordt gebruikt, waardoor ze kunnen worden verbeterd schakelsnelheid, lagere voorwaartse spanningsval etc.

Hoe het werkt

In Schottky-diodes worden elektronen de meerderheidsdrager in het halfgeleidermateriaal, terwijl in het metaal extreem kleine minderheidsdragers (gaten) vertoont. Wanneer de twee materialen zijn gekoppeld, beginnen de elektronen die in de siliciumhalfgeleider aanwezig zijn snel naar het verbonden metaal te stromen, wat resulteert in een massale overdracht van meerderheidsdragers. Vanwege hun verhoogde kinetische energie dan het metaal worden ze in het algemeen 'hete dragers' genoemd.

De normale p-n junctiediodes de minderheidsdragers worden geïnjecteerd over verschillende aangrenzende polariteiten. Terwijl in Schottky-diodes elektronen worden geïnjecteerd over gebieden met identieke polariteit.

De enorme instroom van elektronen naar het metaal veroorzaakt een groot verlies aan dragers voor het siliciummateriaal in het gebied dicht bij het verbindingsoppervlak, dat lijkt op het uitputtingsgebied van de p-n-overgang van andere diodes. De extra dragers in het metaal creëren een 'negatieve wand' in het metaal tussen het metaal en de halfgeleider die verdere stroomtoevoer blokkeert. Dit betekent dat de negatief geladen elektronen op de siliciumhalfgeleider in Schottky-diodes een dragervrij gebied mogelijk maken, samen met een negatieve wand op het metalen oppervlak.

Verwijzend naar de onderstaande figuur, veroorzaakt het toepassen van voorwaartse instelstroom in het eerste kwadrant een vermindering van de energie van de negatieve barrière vanwege de positieve aantrekkingskracht van de elektronen in dit gebied. Dit leidt tot de terugkeer van elektronen in enorme hoeveelheden over de grens. De grootte van deze elektronen hangt af van de grootte van de potentiaal die wordt toegepast voor de voorspanning.

Verschil tussen normale diodes en Schottky-diodes

Vergeleken met normale p-n-junctiediodes is de barrière-overgang in Schottky-diodes lager, zowel in voorwaartse als achterwaartse bias-gebieden.

Hierdoor hebben de Schottky-diodes een sterk verbeterde stroomgeleiding voor hetzelfde niveau van voorspanningspotentiaal, over zowel voorwaartse als achterwaartse voorspanningsgebieden. Dit lijkt een goede eigenschap te zijn in het gebied met voorwaartse voorspanning, hoewel slecht voor het gebied met voorwaartse voorspanning.

De definitie van algemene kenmerken van een halfgeleiderdiode voor de gebieden met voorwaartse en achterwaartse voorspanning wordt weergegeven door de vergelijking:

ik _D = Ik _S (is ^kVd/Tk -1)

waar Is = omgekeerde verzadigingsstroom
k = 11.600 / η met η = 1 voor germaniummateriaal en η = 2 voor siliciummateriaal

Dezelfde vergelijking beschrijft de exponentiële stijging van de stroom in Schottky-diodes in de volgende afbeelding, maar de factor η wordt bepaald door het type constructie van de diode.

Vergelijking van kenmerken van hot-carrier en p-n junctiediodes

In de reverse-bias-regio is de current Is is voornamelijk te wijten aan die metaalelektronen die in het halfgeleidermateriaal reizen.

Temperatuurkenmerken

Voor Schottky-diodes is een van de belangrijkste aspecten die continu is onderzocht, hoe de aanzienlijke lekstromen bij hoge temperaturen boven 100 ° C kunnen worden geminimaliseerd.

Dit heeft geleid tot de productie van betere en verbeterde apparaten die zelfs bij extreme temperaturen tussen - 65 en + 150 ° C efficiënt kunnen werken.

Bij typische kamertemperaturen kan deze lekkage in het bereik van micro-ampère liggen voor Schottky-diodes met laag vermogen, en in het bereik van milliampère voor apparaten met hoog vermogen.

Deze cijfers zijn echter groter in vergelijking met normale p-n-diodes bij dezelfde vermogensspecificaties. Ook de PIV-beoordeling voor een Schottky-diodes kunnen veel minder zijn dan onze traditionele diodes.

Normaal gesproken kan een apparaat van 50 ampère bijvoorbeeld een PIV-waarde van 50 V hebben, terwijl dit maximaal 150 V kan zijn voor een normale diode van 50 ampère. Dat gezegd hebbende, hebben recente verbeteringen Schottky-diodes mogelijk gemaakt met PIV-waarden van meer dan 100 V bij vergelijkbare stroomsterktewaarden.

Uit de bovenstaande grafische weergave wordt duidelijk dat aan Schottky-diodes een bijna ideale set karakteristieken wordt toegeschreven, zelfs beter dan een kristaldiode (puntcontactdiode). De voorwaartse daling van een puntcontactdiode is typisch lager dan die van een normale p-n-junctiediode.

De VT of de voorwaartse spanningsval van de Schottky-diode wordt in hoge mate bepaald door het metaal binnenin. Er is toevallig een afweging tussen het effect van temperatuur en het VT-niveau. Als een van deze parameters toeneemt, neemt de andere ook toe, waardoor het efficiëntieniveau van het apparaat afneemt. Bovendien hangt de VT ook af van het huidige bereik, lagere toegestane waarden zorgen voor lagere VT-waarden. De VT-voorwaartse daling kan in wezen tot nul zijn voor een gegeven laag-niveau eenheden, bij benadering. Voor middelste en hogere stroombereiken kunnen de waarden voor voorwaartse val ongeveer 0,2 V zijn, en dit lijkt een prima representatieve waarde te zijn.

Op dit moment is het maximaal toegestane stroombereik van de Schottky-diode ongeveer 75 ampère, hoewel binnenkort ook tot 100 ampère aan de horizon kan verschijnen.

Schottky-diode Toepassing

Het belangrijkste toepassingsgebied van Schottky-diodes is in schakelende voedingen of SMPS, die bedoeld zijn om te werken met frequenties boven 20 kHz.

Typisch kan een Schottky-diode van 50 ampère bij kamertemperatuur worden beoordeeld met een voorwaartse spanning van 0,6 V en een hersteltijd van 10 ns, specifiek ontworpen voor een SMPS-toepassing. Aan de andere kant kan een gewone p-n-junctiediode een voorwaartse daling van 1,1 V en een hersteltijd van ongeveer 30 tot 50 ns vertonen bij dezelfde stroomspecificaties.

Mogelijk vindt u het bovenstaande voorwaartse spanningsverschil vrij klein, maar als we kijken naar het vermogensdissipatieniveau tussen de twee: P (hot carrier) = 0,6 x 50 = 30 watt en P (pn) = 1,1 x 50 = 55 watt, wat een behoorlijk meetbaar verschil is, dat de efficiëntie van de SMPS kritisch kan schaden.

Hoewel in het omgekeerde biasgebied de dissipatie in een Schottky-diode iets hoger kan zijn, zal de netto voorwaartse en achterwaartse bias-dissipatie toch veel beter zijn dan een p-n junctiediode.

Omgekeerde hersteltijd

Bij een gewone p-n halfgeleiderdiode is de reverse recovery time (trr) hoog vanwege de geïnjecteerde minderheidsdragers.

Bij Schottky-diodes is de omgekeerde hersteltijd aanzienlijk kort vanwege extreem lage minderheidsdragers. Dit is de reden waarom Schottky-diodes zo effectief kunnen werken, zelfs bij frequenties van 20 GHz, waarvoor de apparaten met een extreem hoge snelheid moeten schakelen.

Voor hogere frequenties dan deze, wordt nog steeds een puntcontactdiode of een kristaldiode gebruikt vanwege hun zeer kleine verbindingsgebied of puntovergangsgebied.

Equivalent circuit van Schottky-diodes

De volgende afbeelding toont het equivalente circuit van een Schottky-diode met typische waarden. Het aangrenzende symbool is het standaardsymbool van het apparaat.

De inductantie Lp en de capaciteit Cp zijn de waarden gespecificeerd in de verpakking zelf, rB vormt de serieweerstand die bestaat uit de contactweerstand en de bulkweerstand.

De waarden voor de weerstand rd en capaciteit Cj zijn volgens de berekeningen die in de vorige paragrafen zijn besproken.

Schottky-diode specificatiekaart

De onderstaande grafiek geeft ons een lijst met hot-carrier gelijkrichters die zijn vervaardigd door Motorola Semiconductor Products, samen met hun specificaties en pinout-details.