Шотки диоде - уређај, типови, карактеристике и употреба

Шоткијеве диоде, тачније диоде Шоткијеве баријере, су полупроводнички уређаји направљени на бази контакта метал-полупроводник, док конвенционалне диоде користе полупроводнички пн спој.

Шоткијева диода свој назив и појаву у електроници дугује немачком физичару Валтеру Шоткију, који је 1938. године, проучавајући новооткривени ефекат баријере, потврдио ранију теорију по којој је чак и емисија електрона из метала била ометана потенцијалном баријером. , али са примењеним спољашњим електричним пољем ова баријера ће се смањити. Валтер Шотки је открио овај ефекат, који је тада назван Шоткијев ефекат, у част научника.

Физичка страна

Испитујући контакт између метала и полупроводника, може се видети да ако близу површине полупроводника постоји област осиромашена већином носилаца наелектрисања, онда у области контакта овог полупроводника са металом на страни полупроводника , формира се просторна зона наелектрисања од јонизованих акцептора и донора и долази до блокирајућег контакта — сама Шоткијева баријера ... Под којим условима настаје ова баријера? Струја термионског зрачења са површине чврсте супстанце одређена је Ричардсоновом једначином:

Хајде да створимо услове у којима би када је полупроводник, на пример н-типа, у контакту са металом, термодинамичка радна функција електрона из метала била већа од термодинамичке функције рада електрона из полупроводника. Под таквим условима, према Ричардсоновој једначини, струја термионског зрачења са површине полупроводника биће већа од струје термионског зрачења са површине метала:

У почетном тренутку, при контакту ових материјала, струја од полупроводника до метала ће премашити обрнуту струју (од метала до полупроводника), услед чега ће у областима близу површине оба полупроводника и метала, свемирска наелектрисања ће почети да се акумулирају — позитивна у полупроводнику и негативна — у металу. У подручју контакта ће се појавити електрично поље које формирају ова наелектрисања и доћи ће до савијања енергетских трака.

Под дејством поља термодинамичка радна функција полупроводника ће се повећавати и раст ће се наставити све док термодинамичке радне функције и одговарајуће струје термионског зрачења примењене на површину не постану једнаке у области контакта.

Слика преласка у равнотежно стање са формирањем потенцијалне баријере за полупроводник п-типа и метал је слична разматраном примеру са полупроводником и металом н-типа. Улога спољашњег напона је да регулише висину потенцијалне баријере и јачину електричног поља у области просторног наелектрисања полупроводника.

Слика изнад приказује дијаграме подручја различитих фаза формирања Шоткијеве баријере. У условима равнотеже у контактној зони, топлотне емисионе струје се изједначавају, услед дејства поља појављује се потенцијална баријера чија је висина једнака разлици термодинамичких функција рада: φк = ФМе — Фп / п.

Очигледно се испоставља да је струјна-напонска карактеристика за Шоткијеву баријеру асиметрична. У правцу напред, струја расте експоненцијално са примењеним напоном. У супротном смеру струја не зависи од напона.У оба случаја струју покрећу електрони као главни носиоци наелектрисања.

Стога се Шоткијеве диоде одликују брзином, јер искључују дифузне и рекомбинационе процесе који захтевају додатно време. Зависност струје од напона повезана је са променом броја носилаца, пошто су ти носиоци укључени у процес преноса наелектрисања. Спољни напон мења број електрона који могу да пређу са једне стране Шоткијеве баријере на другу страну.

Због технологије производње и на основу описаног принципа рада, Шотки диоде имају низак пад напона у правцу напред, много мањи од оног код традиционалних п-н-диода.

Овде чак и мала почетна струја кроз контактну површину доводи до ослобађања топлоте, што затим доприноси појави додатних носилаца струје. У овом случају нема убризгавања мањинских носача набоја.

Шоткијеве диоде стога немају дифузну капацитивност јер не постоје мањински носиоци и као резултат тога брзина је прилично велика у поређењу са полупроводничким диодама. Испоставља се да је то привид оштрог асиметричног п-н споја.

Дакле, пре свега, Шоткијеве диоде су микроталасне диоде за различите намене: детекторске, мешајуће, лавински транзит, параметарске, импулсне, множене. Шоткијеве диоде се могу користити као детектори зрачења, мерачи напрезања, детектори нуклеарног зрачења, модулатори светлости и коначно високофреквентни исправљачи.

Ознака Шоткијеве диоде на дијаграмима

Диода Шотки данас

Данас се Шоткијеве диоде широко користе у електронским уређајима. На дијаграмима су приказане другачије од конвенционалних диода. Често можете пронаћи двоструке Шоткијеве исправљаче направљене у кућишту са три контакта типично за прекидаче за напајање. Такве двоструке структуре садрже две Шоткијеве диоде изнутра, спојене катодама или анодама, чешће него катоде.

Диоде у склопу имају веома сличне параметре, пошто се сваки такав чвор производи у једном технолошком циклусу, а као резултат тога, њихова радна температура је сходно томе иста и поузданост је већа. Трајни пад напона од 0,2-0,4 волта заједно са великом брзином (јединице наносекунди) су несумњиве предности Шоткијевих диода у односу на њихове п-н колеге.

Посебност Шоткијеве баријере у диодама, у вези са малим падом напона, манифестује се при примењеним напонима до 60 волти, иако брзина остаје постојана. Данас се Шоткијеве диоде типа 25ЦТК045 (за напоне до 45 волти, за струје до 30 ампера за сваки пар диода у склопу) могу наћи у многим прекидачким изворима напајања, где служе као исправљачи за струје до неколико сто килохерца.

Немогуће је да се не дотакнемо теме о недостацима Шоткијевих диода, наравно да јесу и постоје две. Прво, краткотрајни вишак критичног напона ће одмах онемогућити диоду. Друго, температура снажно утиче на максималну обрнуту струју. На веома високој температури споја, диода ће се једноставно покварити чак и када ради на називном напону.

Ниједан радио-аматер у својој пракси не може без Шоткијевих диода. Овде се могу приметити најпопуларније диоде: 1Н5817, 1Н5818, 1Н5819, 1Н5822, СК12, СК13, СК14. Ове диоде су доступне у излазној и СМД верзији. Главна ствар коју радио-аматери толико цене је њихова велика брзина и низак пад напона споја - максимално 0,55 волти - уз ниску цену ових компоненти.

Ретка ПЦБ ради без Шоткијевих диода за једну или другу сврху. Негде Шоткијева диода служи као исправљач мале снаге за коло повратне спреге, негде - као стабилизатор напона на нивоу од 0,3 - 0,4 волти, а негде је детектор.

У табели испод можете видети параметре данас најчешћих Шоткијевих диода мале снаге.