A Schottky záródiódák olyan félvezető diódák, amelyeket minimális előrefeszültséggel és gyors kapcsolási sebességgel terveztek, amely akár 10 ns is lehet. Ezeket 500–5 A és 40 V közötti áramerősség-tartományban gyártják. E tulajdonságok miatt kifejezetten alkalmassá válnak kisfeszültségű, nagyfrekvenciás alkalmazásokban, például SMPS-ben, valamint hatékony szabadonfutó diódákként.
A készülék szimbóluma a következő képen látható:
Udvariasság: https://en.wikipedia.org/wiki/Schottky_diode
Belső építés
A Schottky-diódák eltérően vannak felépítve a hagyományos p-n csatlakozási diódákhoz képest. A p-n kereszteződés helyett az a használatával épülnek fel fém félvezető csomópont az alábbiak szerint.
A félvezető szakasz többnyire n-típusú szilícium felhasználásával épül fel, és különféle anyagokkal, például platinával, volfrámmal, molibdénnel, krómdal stb. kapcsolási sebesség, alacsonyabb előrefeszültség csökkenés stb.
Hogyan működik
A Schottky-diódákban az elektronok a félvezető anyag többségi hordozójává válnak, míg a fémben rendkívül kicsi kisebbségi hordozók (furatok) vannak. Amikor a két anyag összekapcsolódik, a szilícium félvezetőben lévő elektronok gyorsan áramolni kezdenek az összekapcsolt fém felé, ami a többségi hordozók tömeges átadását eredményezi. A fémnél nagyobb megnövekedett kinetikus energiájuk miatt általában „forró hordozóknak” nevezik őket.
A normál p-n csatlakozási diódákat a kisebbségi hordozók különböző szomszédos polaritásokon injektálják. Míg a Schottky-diódákban az elektronokat azonos polaritású régiókban injektálják.
Az elektronok fém felé történő hatalmas beáramlása a szilíciumanyag hordozóinak súlyos veszteségét okozza a csatlakozási felülethez közeli területen, amely hasonlít más diódák p-n elágazásának kimerülési területére. A fémben lévő további hordozók egy „negatív falat” hoznak létre a fémben a fém és a félvezető között, ami megakadályozza az áram további bejutását. A negatív töltésű elektronok jelentése a szilícium félvezetőnél a Schottky-diódákban megkönnyíti a hordozótól mentes régiót, valamint a negatív falat a fém felületén.
Az alábbiakban bemutatott ábrára hivatkozva, az első negyedben lévő előremeneti áram alkalmazása az e területen lévő elektronok pozitív vonzása miatt a negatív gát energiájának csökkenését okozza. Ez óriási mennyiségű elektron visszatérő áramláshoz vezet a határon. Ezen elektronok nagysága az előfeszítésre alkalmazott potenciál nagyságától függ.
Különbség a normál diódák és a Schottky diódák között
A normál p-n csatlakozási diódákhoz képest a Schottky-diódákban a gátló csomópont alacsonyabb, mind az előre, mind a hátramenetben.
Ez lehetővé teszi, hogy a Schottky diódák sokkal jobb áramvezetéssel rendelkezzenek ugyanolyan torzítási potenciál mellett, mind az előre, mind a hátramenetben. Ez úgy tűnik, hogy jó tulajdonság az elülső torzítási régióban, bár rossz a fordított előfeszítési régió számára.
A félvezető dióda általános jellemzőinek meghatározását az előre- és a fordított-előfeszített régiók számára az alábbi egyenlet képviseli:
én D = I S (van kVd / Tk -1)
ahol Is = fordított telítettségi áram
k = 11,600 / η, ahol η = 1 a germánium anyagnál és η = 2 a szilícium anyagnál
Ugyanez az egyenlet írja le az áram exponenciális növekedését a Schottky-diódákban a következő ábrán, azonban az η tényezőt a dióda felépítésének típusa határozza meg.
A fordított elfogultságú régióban az áram Is elsősorban azoknak a fém-elektronoknak köszönhető, amelyek a félvezető anyagba jutnak.
Hőmérsékleti jellemzők
A Schottky diódák esetében az egyik elsődleges szempont, amelyet folyamatosan kutattak, az az, hogy miként lehet minimalizálni a jelentős szivárgási áramokat 100 ° C feletti magas hőmérsékleten.
Ez jobb és továbbfejlesztett eszközök gyártásához vezetett, amelyek szélsőséges hőmérsékleteken is hatékonyan működhetnek - 65 és + 150 ° C között.
Tipikus szobahőmérsékleten ez a szivárgás a mikroamper tartományban lehet a kis teljesítményű Schottky diódáknál, és a milliamper tartományban a nagy teljesítményű készülékeknél.
Ezek az adatok azonban nagyobbak, ha összehasonlítjuk az azonos teljesítmény-specifikációjú normál p-n diódákkal. Továbbá a PIV besorolás mert egy Schottky dióda sokkal kevesebb lehet, mint a hagyományos diódánk.
Például egy 50 amperes eszköz PIV besorolása 50 V lehet, míg normál 50 amperes dióda esetén ez akár 150 V is lehet. Ennek ellenére a legújabb fejlemények lehetővé tették a 100 V-nál nagyobb PIV besorolású Schottky-diódák működését hasonló áramerősség mellett.
A fenti grafikus ábrázolásból teljesen világossá válik, hogy a Schottky-diódáknak szinte ideális jellemzőkészletet tulajdonítanak, még jobb, mint egy kristálydióda (pontkontaktus-dióda). A pontkontakt dióda előreesése általában alacsonyabb, mint egy normál p-n elágazási dióda.
A VT-t vagy a Schottky-dióda előremenő feszültségesését nagy mértékben a benne lévő fém határozza meg. Előfordul, hogy kompromisszum van a hőmérséklet hatása és a VT szint között. Ha ezen paraméterek egyike megnő, akkor a másik is csökkenti az eszköz hatékonysági szintjét. Ezenkívül a VT az áramtartománytól is függ, az alacsonyabb megengedett értékek biztosítják a VT alacsonyabb értékeit. A VT előreesése egy adott alacsony szintű egységeknél lényegében nullára csökkenhet, közelítő értékeléssel. Középső és magasabb áramtartományok esetén az előrefelé esés értéke 0,2 V körül lehet, és ez úgy tűnik, hogy jó reprezentatív érték.
Jelenleg a Schottky-dióda elérhető maximális tolerálható áramtartománya 75 amper körül van, bár hamarosan akár 100 amper is a láthatáron lehet.
Schottky dióda alkalmazás
A Schottky diódák fő alkalmazási területe a kapcsoló tápegységek vagy az SMPS, amelyek 20 kHz-nél nagyobb frekvenciákkal működnek.
Jellemzően egy 50 amperes Schottky-dióda szobahőmérsékleten 0,6 V előremenő feszültséggel és 10 ns helyreállítási idővel rendelkezik, amelyet kifejezetten SMPS-alkalmazásokhoz terveztek. Másrészt egy közönséges p-n elágazási dióda előreesője 1,1 V lehet, a visszanyerési tomó pedig körülbelül 30-50 ns, ugyanazon az áramérték mellett.
A fenti feszültségkülönbség meglehetősen kicsi lehet, azonban ha megnézzük a kettő közötti energiaeloszlási szintet: P (forró hordozó) = 0,6 x 50 = 30 watt és P (pn) = 1,1 x 50 = 55 watt, ami meglehetősen mérhető különbség, ami kritikusan károsíthatja az SMPS hatékonyságát.
Bár a fordított előfeszítési régióban a szórás egy Schottky-diódában kissé nagyobb lehet, a nettó előre- és visszafordulás-szórás mégis sokkal jobb lesz, mint egy p-n csatlakozási dióda.
Visszaállási idő
A szokásos p-n félvezető diódában a fordított helyreállítási idő (trr) magas az injektált kisebbségi hordozók miatt.
A Schottky-diódákban a rendkívül alacsony kisebbségi hordozók miatt a fordított helyreállítási idő lényegesen alacsony. Ezért képesek a Schottky-diódák olyan hatékonyan működni akár 20 GHz-es frekvenciákon is, amelyek megkövetelik, hogy az eszközök rendkívül gyors sebességgel váltsanak.
Ennél magasabb frekvenciák esetén továbbra is egy pontkontaktus diódát vagy egy kristálydiódát alkalmaznak, nagyon csekély csatlakozási területük vagy pont-csatlakozási területük miatt.
Schottky-diódák egyenértékű áramköre
A következő ábra egy Schottky-dióda egyenértékű áramkörét ábrázolja tipikus értékekkel. A szomszédos szimbólum a készülék szokásos szimbóluma.
Az Lp induktivitás és a Cp kapacitás a csomagban megadott értékek, az rB az érintkezési ellenállásból és az ömlesztett ellenállásból álló soros ellenállást jelenti.
Az rd ellenállás és a Cj kapacitás értékei megegyeznek az előző bekezdésekben tárgyalt számításokkal.
Schottky dióda specifikációs táblázat
Az alábbi ábra felsorolja a Motorola Semiconductor Products által gyártott melegvezetékes egyenirányítókat, azok specifikációival és kitöltési részleteivel.
Korábbi: Dióda-egyenirányítás: félhullámú, teljes hullámú, PIV Következő: LED-es akadályelhárító áramkör
