Диод Шоттки | Характеристики, особенности и применение

Что такое диод Шоттки

Диод Шоттки относится к семейству диодов. Выглядит он почти также, как и его собратья, но есть небольшие отличия.

Простой диод выглядит на схемах вот так:

обозначение диода на схеме

Стабилитрон уже обозначается, как диод с “кепочкой”

обозначение стабилитрона на схеме

Диод Шоттки имеет две “кепочки”

обозначение диода шоттки на схеме

Чтобы проще запомнить, можно добавить голову и ножки и представить себе человечка, танцующего ламбаду)

Обратное напряжение диода Шоттки

Итак, как вы помните, диод пропускает электрический ток только в одном направлении, а в другом направлении блокирует прохождение электрического тока до какого-то критического значения, называемым обратным напряжением диода.

Это значение можно найти в даташите

обратное напряжение диода

Для каждой марки диода оно разное

Если превысить это значение, то произойдет пробой, и диод выйдет из строя.

Падение напряжения на диоде Шоттки

Если же подать прямой ток на диод, то на диоде будет “оседать” напряжение. Это падение напряжения называется прямым падением напряжения на диоде. В даташитах обозначается как V_f , то есть Voltage drop.

прямое падение напряжения на диоде

Если пропустить через такой диод прямой ток, то мощность, которая будет на нем рассеиваться, будет определяться формулой:

где

P – мощность, Вт

V_f – прямое падение напряжение на диоде, В

I – сила тока через диод, А

Поэтому, одним из главных преимуществ диода Шоттки является то, что его прямое падение напряжения намного меньше, чем у простого диода. Следовательно, он будет меньше рассеивать тепло, или простым языком, меньше нагреваться.

Давайте рассмотрим один из примеров. Возьмем диод 1N4007. Его прямое падение напряжения составляет 0,83 Вольт, что типично для простого полупроводникового диода.

падение напряжение на диоде в прямом включении

В настоящий момент через него проходит сила тока, равная 0,5 А. Давайте рассчитаем его рассеиваемую мощность в данный момент. P=0,83 x 0,5 = 0,415 Вт.

Если рассмотреть этот случай через тепловизор, то можно увидеть, что его температура корпуса составила 54,4 градуса по Цельсию.

Теперь давайте проведем тот же самый эксперимент с диодом Шоттки 1N5817. Как вы видите, его прямое падение напряжения составило примерно 0,35 В.

падение напряжения на диоде Шоттки при прямом включении

При прохождении силы тока через диод Шоттки в 0,5 А, мы получим рассеиваемую мощность P=0,5 x 0,35 = 0,175 Вт. При этом тепловизор нам покажет, что температура корпуса уже будет 38,2 градуса.

Следовательно, Шоттки намного эффективнее, чем простой полупроводниковый диод в плане пропускания через себя прямого тока, так как он обладает меньшим падением напряжения, а следовательно, меньше рассеивает тепло в окружающее пространство и меньше нагревается.

Прямое падение напряжения можно также посмотреть и в даташитах. Например, прямое падение напряжения на диоде Шоттки 1N5817 можно найти из графика зависимости прямого тока от падения напряжения на диоде Шоттки

график зависимости прямого тока от напряжения

В нашем случае если следовать графо-аналитическому способу, то мы как раз получаем значение 0,35 В

Диод Шоттки в ВЧ цепях

Также диоды Шоттки обладают быстрой скоростью переключения. Это значит, что мы можем использовать их в высокочастотных (ВЧ) цепях.

Итак, возьмем генератор частоты и выставим синус частотой в 60 Гц

Возьмем диод 1N4007 и диод Шоттки 1N5817. Подключим их по простой схеме однополупериодного выпрямителя

и будем снимать с них показания

Как вы видите, оба они прекрасно справляются со своей задачей по выпрямлению сигнала на частоте в 60 Гц.

Но что будет, если мы увеличим частоту до 300 кГц?

Ого! Диод Шоттки более-менее справляется со своей задачей, что нельзя сказать о простом диоде 1N4007. Простой диод не может справиться со своей задачей не пропускать обратный ток, поэтому на осциллограмме мы видим отрицательный выброс

Отсюда можно сделать вывод: диоды Шоттки рекомендуется использовать в ВЧ цепях.

Обратный ток утечки

Но раз уж диоды Шоттки такие крутые, то почему бы их не использовать везде? Почему мы до сих пор используем простые диоды?

Если мы подключим диод в обратном направлении, то он будет блокировать прохождение электрического тока. Это верно, но не совсем. Очень маленький ток все равно будет проходить через диод. В некоторых случаях это не принимают во внимание. Этот маленький ток называется обратным током утечки. На английский манер это звучит как reverse leakage current.

Он очень мал, но имеет место быть.

Проведем простой опыт. Возьмем лабораторный блок питания, выставим на нем 19 В и подадим это напряжение на диод в обратном направлении

Замеряем ток утечки

обратный ток утечки диода

Как вы видите, его значение составляет 0,1 мкА.

Давайте теперь повторим этот же самый опыт с диодом Шоттки

обратный ток утечки диода Шоттки

Ого, уже почти 20 мкА! Ну да, в некоторых случаях это сущие копейки и ими можно пренебречь. Но есть схемы, где все-таки недопустим такой незначительный ток. Например, в схемах пикового детектора

схема пик детектора

В этом случае эти 20 мкА будут весьма значительны.

Но есть также еще один камень преткновения. С увеличением температуры обратный ток утечки возрастает в разы!

зависимость обратного тока утечки от температуры корпуса диода Шоттки

Поэтому, вы не можете использовать Шоттки везде в схемах.

Но и это еще не все. Обратное напряжение для диодов Шоттки в разы меньше, чем для простых выпрямительных диодов. Это можно также увидеть из даташита. Если для диода 1N4007 обратное напряжение составляет 1000 В

То для диода Шоттки 1N5817 это обратное напряжение уже будет составлять всего-то 20 В

Поэтому, если это напряжение превысит значение, которое описано в даташите, мы в итоге получим:

Применение диодов Шоттки

Диоды Шоттки находят достаточно широкое применение. Их можно найти везде, где требуется минимальное прямое падение напряжения, а также в цепях ВЧ. Чаще всего их можно увидеть в компьютерных блоках питания, а также в импульсных стабилизаторах напряжения.

Также эти диоды нашли применение в солнечных панелях, так как солнечные панели генерируют электрический ток только в светлое время суток. Чтобы в темное время суток не было обратного процесса потребления тока от аккумуляторов, в панели монтируют диоды Шоттки

Шоттки в солнечных панелях

В компьютерной технике чаще всего можно увидеть два диода в одном корпусе

Купить дешево можно на китайской площадке али по ссылке. 

При написании данной статьи использовался материал с этого видео

Диоды шоттки характеристики и параметры

Диоды Шоттки: описание, принцип работы, схема, основные параметры, применение, характеристики

В конце 30-х годов XX века немецкий физик Вальтер Шоттки обнаружил, что внешнее электрическое поле заставляет свободные электроны покидать зону проводимости и в буквальном смысле выходить из твёрдого тела.

Данная квантовая зависимость впоследствии была названа именем её первооткрывателя и теперь известна, как эффект Шоттки.

Несмотря на то, что открытие германского учёного относится к области теоретической физики, оно находит применение в практической радиотехнике и лежит в основе функциональности таких радиокомпонентов, как диоды Шоттки. Их отличие от обычных электрических вентилей заключается в отсутствии классического полупроводникового p-n-перехода. Его роль играет контакт между полупроводником и металлом.

Металл и полупроводник: особенности контакта.

В контактной области полупроводниковых и металлических материалов эффект Шоттки приводит к образованию в полупроводнике слоя, сильно обеднённого электронами. Он обладает вентильными свойствами, присущими полупроводниковому p-n-переходу. Эта зона представляет собой преграду для носителей заряда, поэтому данные радиокомпоненты часто называют диодами с барьером Шоттки.

Элементы отличаются от обычных полупроводниковых вентилей следующими качествами:

1. пониженное падение напряжения при прямом смещении;
2. незначительная собственная ёмкость;
3. малый обратный ток;
4. низкое допустимое обратное напряжение.

При прямом смещении разность потенциалов на диоде Шоттки не превышает 0,5 В, тогда как на обычном выпрямительном вентиле падение напряжения составляет около 2-3 В. Это объясняется небольшим сопротивлением переходного участка между полупроводником и металлом.

Хорошие частотные характеристики диодов Шоттки обусловлены отсутствием в переходной зоне неосновных носителей заряда. Из-за этого в контактной области не протекают обычные для чисто полупроводникового p-n-перехода процессы диффузии и рекомбинации дырок и электронов. Следовательно, собственная ёмкость этого слоя стремится к нулю. Данное свойство делает диоды с барьером Шоттки предпочтительными для использования в высоко- и сверхвысокочастотных схемах, а также аппаратуре с импульсными режимами работы – всевозможных цифровых устройствах, системах управления электроникой и импульсных блоках питания.

Низковольтные диоды.

Особенность диодов Шоттки состоит в том, что они являются низковольтными. Если приложенная разность потенциалов превышает некоторый допустимый уровень, то в соответствии с квантовыми законами происходит пробой, который в обычном полупроводниковом радиокомпоненте может быть туннельным, лавинным или тепловым. После первых двух диод восстанавливается и продолжает исправно работать. Тепловой пробой означает фатальную поломку.

В диодах с барьером Шоттки пробой всегда бывает только тепловым. Такова особенность металло-полупроводникового перехода. При большом обратном смещении элемент выходит из строя и нуждается в замене. Этим, кстати, объясняется сильная чувствительность диодов Шоттки к статическому электричеству – при их монтаже и обслуживании радиоаппаратуры с этими элементами необходимо заземлять спецодежду и инструменты.

Однако чувствительность этих радиокомпонентов не всегда является их недостатком. Например, благодаря этой характеристике диоды с барьером Шоттки используются в особо чувствительных гетеродинах, которые получают способность обрабатывать радиосигналы очень малой мощности.

Основные параметры.

1. Максимальное постоянное обратное напряжение;
2. Максимальное импульсное обратное напряжение;
3. Максимальный (средний) прямой ток;
4. Максимальный импульсный прямой ток;
5. Постоянное прямое напряжение на диоде при заданном прямом токе через него;
6. Обратный ток диода при предельном обратном напряжении;
7. Максимальная рабочая частота диода;
8. Время обратного восстановления;
9. Общая емкость диода.

Производство диодов Шоттки.

В качестве полупроводниковой составляющей используются стандартные материалы – кремний, германий и арсенид галлия. На них в процессе изготовления радиокомпонентов напыляются такие металлы, как золото, серебро, палладий, вольфрам. Именно эти элементы таблицы Менделеева обеспечивают достаточно высокий потенциальный барьер, определяющий функциональность диодов Шоттки.

Германиевые радиокомпоненты показывают высокую устойчивость к изменению температурного режима, поэтому данный материал чаще кремния и арсенида галлия используется при производстве диодов для мощных схем питания. Зато кремниевые и галлиевые элементы демонстрируют лучшие частотные параметры.

Обозначение, применение и параметры диодов Шоттки

К многочисленному семейству полупроводниковых диодов названных по фамилиям учёных, которые открыли необычный эффект, можно добавить ещё один. Это диод Шоттки.

Немецкий физик Вальтер Шоттка открыл и изучил так называемый барьерный эффект возникающий при определённой технологии создания перехода металл-полупроводник.

Основной «фишкой» диода Шоттки является то, что в отличие от обычных диодов на основе p-n перехода, здесь используется переход металл-полупроводник, который ещё называют барьером Шоттки. Этот барьер, так же, как и полупроводниковый p-n переход, обладает свойством односторонней электропроводимости и рядом отличительных свойств.

В качестве материала для изготовления диодов с барьером Шоттки преимущественно используется кремний (Si) и арсенид галлия (GaAs), а также такие металлы как золото, серебро, платина, палладий и вольфрам.

На принципиальных схемах диод Шоттки изображается вот так.

Как видим, его изображение несколько отличается от обозначения обычного полупроводникового диода.

Кроме такого обозначения на схемах можно встретить и изображение сдвоенного диода Шоттки (сборки).

Сдвоенный диод – это два диода смонтированных в одном общем корпусе. Выводы катодов или анодов у них объединены. Поэтому такая сборка, как правило, имеет три вывода. В импульсных блоках питания обычно применяются сборки с общим катодом.

Так как два диода размещены в одном корпусе и выполнены в едином технологическом процессе, то их параметры очень близки. Поскольку они размещены в едином корпусе, то и температурный режим их одинаков. Это увеличивает надёжность и срок службы элемента.

У диодов Шоттки есть два положительных качества: весьма малое прямое падение напряжения (0,2-0,4 вольта) на переходе и очень высокое быстродействие.

К сожалению, такое малое падение напряжения проявляется при приложенном напряжении не более 50-60 вольт. При дальнейшем его повышении диод Шоттки ведёт себя как обычный кремниевый выпрямительный диод. Максимальное обратное напряжение для Шоттки обычно не превышает 250 вольт, хотя в продаже можно встретить образцы, рассчитанные и на 1,2 киловольта (VS-10ETS12-M3).

Так, сдвоенный диод Шоттки (Schottky rectifier) 60CPQ150 рассчитан на максимальное обратное напряжение 150V, а каждый из диодов сборки способен пропустить в прямом включении 30 ампер!

Также можно встретить образцы, выпрямленный за полупериод ток которых может достигать 400А максимум! Примером может служит модель VS-400CNQ045.

Очень часто в принципиальных схемах сложное графическое изображение катода попросту опускают и изображают диод Шоттки как обычный диод. А тип применяемого элемента указывают в спецификации.

К недостаткам диодов с барьером Шоттки можно отнести то, что даже при кратковременном превышении обратного напряжения они мгновенно выходят из строя и главное необратимо. В то время как кремниевые силовые вентили после прекращения действия превышенного напряжения прекрасно самовосстанавливаются и продолжают работать. Кроме того обратный ток диодов очень сильно зависит от температуры перехода. На большом обратном токе возникает тепловой пробой.

К положительным качествам диодов Шоттки кроме высокого быстродействия, а, следовательно, малого времени восстановления можно отнести малую ёмкость перехода (барьера), что позволяет повысить рабочую частоту. Это позволяет использовать их в импульсных выпрямителях на частотах в сотни килогерц. Очень много диодов Шоттки находят своё применение в интегральной микроэлектронике. Выполненные по нано технологии диоды Шоттки входят в состав интегральных схем, где они шунтируют переходы транзисторов для повышения быстродействия.

В радиолюбительской практике прижились диоды Шоттки серии 1N581x (1N5817, 1N5818, 1N5819). Все они рассчитаны на максимальный прямой ток (I_F(AV)) – 1 ампер и обратное напряжение (V_RRM) от 20 до 40 вольт. Падение напряжения (V_F) на переходе составляет от 0,45 до 0,55 вольт. Как уже говорилось, прямое падение напряжения (Forward voltage drop) у диодов с барьером Шоттки очень мало.

Также достаточно известным элементом является 1N5822. Он рассчитан на прямой ток в 3 ампера и выполнен в корпусе DO-201AD.

Также на печатных платах можно встретить диоды серии SK12 – SK16 для поверхностного монтажа. Они имеют довольно небольшие размеры. Несмотря на это SK12-SK16 выдерживают прямой ток до 1 ампера при обратном напряжении 20 – 60 вольт. Прямое падение напряжения составляет 0,55 вольт (для SK12, SK13, SK14) и 0,7 вольт (для SK15, SK16). Также на практике можно встретить диоды серии SK32 – SK310, например, SK36, который рассчитан на прямой ток 3 ампера.

Применение диодов Шоттки в источниках питания.

Диоды Шоттки активно применяются в блоках питания компьютеров и импульсных стабилизаторах напряжения. Среди низковольтных питающих напряжений самыми сильноточными (десятки ампер) являются напряжения +3,3 вольта и +5,0 вольт. Именно в этих вторичных источниках питания и используются диоды с барьером Шоттки. Чаще всего используются трёхвыводные сборки с общим катодом. Именно применение сборок может считаться признаком высококачественного и технологичного блока питания.

Выход из строя диодов Шоттки одна из наиболее часто встречающихся неисправностей в импульсных блоках питания. У него может быть два «дохлых» состояния: чистый электрический пробой и утечка. При наличии одного из этих состояний блок питания компьютера блокируется, так как срабатывает защита. Но это может происходить по-разному.

В первом случае все вторичные напряжения отсутствуют. Защита заблокировала блок питания. Во втором случае вентилятор «подёргивается» и на выходе источников питания периодически то появляются пульсации напряжения, то пропадают.

То есть схема защиты периодически срабатывает, но полной блокировки источника питания при этом не происходит. Диоды Шоттки гарантированно вышли из строя, если радиатор, на котором они установлены, разогрет очень сильно до появления неприятного запаха. И последний вариант диагностики связанный с утечкой: при увеличении нагрузки на центральный процессор в мультипрограммном режиме блок питания самопроизвольно отключается.

Следует иметь в виду, что при профессиональном ремонте блока питания после замены вторичных диодов, особенно с подозрением на утечку, следует проверить все силовые транзисторы выполняющие функцию ключей и наоборот: после замены ключевых транзисторов проверка вторичных диодов является обязательной процедурой. Всегда необходимо руководствоваться принципом: беда одна не приходит.

Проверка диодов Шоттки мультиметром.

Проверить диод Шоттки можно с помощью рядового мультиметра. Методика такая же, как и при проверке обычного полупроводникового диода с p-n переходом. Но и тут есть подводные камни. Особенно трудно проверить диод с утечкой. Прежде всего, элемент необходимо выпаять из схемы для более точной проверки. Достаточно легко определить полностью пробитый диод. На всех пределах измерения сопротивления неисправный элемент будет иметь бесконечно малое сопротивление, как в прямом, так и в обратном включении. Это равносильно короткому замыканию.

Сложнее проверить диод с подозрением на «утечку». Если проводить проверку мультиметром DT-830 в режиме «диод», то мы увидим совершенно исправный элемент. Можно попробовать измерить в режиме омметра его обратное сопротивление. На пределе «20кОм» обратное сопротивление определяется как бесконечно большое. Если же прибор показывает хоть какое-то сопротивление, допустим 3 кОм, то этот диод следует рассматривать как подозрительный и менять на заведомо исправный. Стопроцентную гарантию может дать полная замена диодов Шоттки по шинам питания +3,3V и +5,0V.

Где ещё в электронике используются диоды Шоттки? Их можно обнаружить в довольно экзотических приборах, таких как приёмники альфа и бета излучения, детекторах нейтронного излучения, а в последнее время на барьерных переходах Шоттки собирают панели солнечных батарей. Так, что они питают электроэнергией и космические аппараты.

Виды диодов

Диод Шоттки относится к семейству диодов. Выглядит он почти также, как и его собраться, но есть небольшие отличия.

Простой диод выглядит на схемах вот так:

обозначение диода на схеме

Стабилитрон уже обозначается, как диод с “кепочкой”

обозначение стабилитрона на схеме

Диод Шоттки имеет две “кепочки”

обозначение диода шоттки на схеме

Чтобы проще запомнить, можно добавить голову и ножки и представить себе человечка, танцующего ламбаду)

Обратное напряжение диода

Итак, как вы помните, диод пропускает электрический ток только в одном направлении, а в другом направлении блокирует прохождение электрического тока до какого-то критического значения, называемым обратным напряжением диода.

Это значение можно найти в даташите

обратное напряжение диода

Для каждой марки диода оно разное

Если превысить это значение, то произойдет пробой, и диод выйдет из строя.

Падение напряжения на диоде Шоттки

Если же подать прямой ток на диод, то на диоде будет “оседать” напряжение. Это падение напряжения называется прямым падением напряжения на диоде. В даташитах обозначается как V_f , то есть Voltage drop.

прямое падение напряжения на диоде

Если пропустить через такой диод прямой ток, то мощность, которая будет на нем рассеиваться, будет определяться формулой:

V_f – прямое падение напряжение на диоде, В

Поэтому, одним из главных преимуществ диода Шоттки является то, что его прямое падение напряжения намного меньше, чем у простого диода. Следовательно, он будет меньше рассеивать тепло, или простым языком, меньше нагреваться.

Давайте рассмотрим один из примеров. Возьмем диод 1N4007. Его прямое падение напряжения составляет 0,83 Вольт, что типично для простого полупроводникового диода.

падение напряжение на диоде в прямом включении

В настоящий момент через него проходит сила тока, равная 0,5 А. Давайте рассчитаем его рассеиваемую мощность в данный момент. P=0,83 x 0,5 = 0,415 Вт.

Если рассмотреть этот случай через тепловизор, то можно увидеть, что его температура корпуса составила 54,4 градуса по Цельсию.

Теперь давайте проведем тот же самый эксперимент с диодом Шоттки 1N5817. Как вы видите, его прямое падение напряжения составило примерно 0,35 В.

падение напряжения на диоде Шоттки при прямом включении

При прохождении силы тока через диод Шоттки в 0,5 А, мы получим рассеиваемую мощность P=0,5 x 0,35 = 0,175 Вт. При этом тепловизор нам покажет, что температура корпуса уже будет 38,2 градуса.

Следовательно, Шоттки намного эффективнее, чем простой полупроводниковый диод в плане пропускания через себя прямого тока, так как он обладает меньшим падением напряжения, а следовательно, меньше рассеивает тепло в окружающее пространство и меньше нагревается.

Прямое падение напряжения можно также посмотреть и в даташитах. Например, прямое падение напряжения на диоде Шоттки 1N5817 можно найти из графика зависимости прямого тока от падения напряжения на диоде Шоттки

график зависимости прямого тока от напряжения

В нашем случае если следовать графо-аналитическому способу, то мы как раз получаем значение 0,35 В

Диод Шоттки в ВЧ цепях

Также диоды Шоттки обладают быстрой скоростью переключения. Это значит, что мы можем использовать их в высокочастотных (ВЧ) цепях.

Итак, возьмем генератор частоты и выставим синус частотой в 60 Гц

Возьмем диод 1N4007 и диод Шоттки 1N5817. Подключим их по простой схеме однополупериодного выпрямителя

и будем снимать с них показания

Как вы видите, оба они прекрасно справляются со своей задачей по выпрямлению сигнала на частоте в 60 Гц.

Но что будет, если мы увеличим частоту до 300 кГц?

Ого! Диод Шоттки более-менее справляется со своей задачей, что нельзя сказать о простом диоде 1N4007. Простой диод не может справиться со своей задачей не пропускать обратный ток, поэтому на осциллограмме мы видим отрицательный выброс

Отсюда можно сделать вывод: диоды Шоттки рекомендуется использовать в ВЧ цепях.

Обратный ток утечки

Но раз уж диоды Шоттки такие крутые, то почему бы их не использовать везде? Почему мы до сих пор используем простые диоды?

Если мы подключим диод в обратном направлении, то он будет блокировать прохождение электрического тока. Это верно, но не совсем. Очень маленький ток все равно будет проходить через диод. В некоторых случаях это не принимают во внимание. Этот маленький ток называется обратным током утечки. На английский манер это звучит как reverse leakage current.

Он очень мал, но имеет место быть.

Проведем простой опыт. Возьмем лабораторный блок питания, выставим на нем 19 В и подадим это напряжение на диод в обратном направлении

Замеряем ток утечки

обратный ток утечки диода

Как вы видите, его значение составляет 0,1 мкА.

Давайте теперь повторим этот же самый опыт с диодом Шоттки

обратный ток утечки диода Шоттки

Ого, уже почти 20 мкА! Ну да, в некоторых случаях это сущие копейки и ими можно пренебречь. Но есть схемы, где все-таки недопустим такой незначительный ток. Например, в схемах пикового детектора

схема пик детектора

В этом случае эти 20 мкА будут весьма значительны.

Но есть также еще один камень преткновения. С увеличением температуры обратный ток утечки возрастает в разы!

зависимость обратного тока утечки от температуры корпуса диода Шоттки

Поэтому, вы не можете использовать Шоттки везде в схемах.

Но и это еще не все. Обратное напряжение для диодов Шоттки в разы меньше, чем для простых выпрямительных диодов. Это можно также увидеть из даташита. Если для диода 1N4007 обратное напряжение составляет 1000 В

То для диода Шоттки 1N5817 это обратное напряжение уже будет составлять всего-то 20 В

Поэтому, если это напряжение превысит значение, которое описано в даташите, мы в итоге получим:

Применение диодов Шоттки

Диоды Шоттки находят достаточно широкое применение. Их можно найти везде, где требуется минимальное прямое падение напряжения, а также в цепях ВЧ. Чаще всего их можно увидеть в компьютерных блоках питания, а также в импульсных стабилизаторах напряжения.

Также эти диоды нашли применение в солнечных панелях, так как солнечные панели генерируют электрический ток только в светлое время суток. Чтобы в темное время суток не было обратного процесса потребления тока от аккумуляторов, в панели монтируют диоды Шоттки

Шоттки в солнечных панелях

В компьютерной технике чаще всего можно увидеть два диода в одном корпусе

При написании данной статьи использовался материал с этого видео

Диод шоттки характеристики и параметры

Диод Шоттки

Обозначение, применение и параметры диодов Шоттки

К многочисленному семейству полупроводниковых диодов названных по фамилиям учёных, которые открыли необычный эффект, можно добавить ещё один. Это диод Шоттки.

Немецкий физик Вальтер Шоттка открыл и изучил так называемый барьерный эффект возникающий при определённой технологии создания перехода металл-полупроводник.

Основной «фишкой» диода Шоттки является то, что в отличие от обычных диодов на основе p-n перехода, здесь используется переход металл-полупроводник, который ещё называют барьером Шоттки. Этот барьер, так же, как и полупроводниковый p-n переход, обладает свойством односторонней электропроводимости и рядом отличительных свойств.

В качестве материала для изготовления диодов с барьером Шоттки преимущественно используется кремний (Si) и арсенид галлия (GaAs), а также такие металлы как золото, серебро, платина, палладий и вольфрам.

На принципиальных схемах диод Шоттки изображается вот так.

Как видим, его изображение несколько отличается от обозначения обычного полупроводникового диода.

Кроме такого обозначения на схемах можно встретить и изображение сдвоенного диода Шоттки (сборки).

Сдвоенный диод – это два диода смонтированных в одном общем корпусе. Выводы катодов или анодов у них объединены. Поэтому такая сборка, как правило, имеет три вывода. В импульсных блоках питания обычно применяются сборки с общим катодом.

Так как два диода размещены в одном корпусе и выполнены в едином технологическом процессе, то их параметры очень близки. Поскольку они размещены в едином корпусе, то и температурный режим их одинаков. Это увеличивает надёжность и срок службы элемента.

У диодов Шоттки есть два положительных качества: весьма малое прямое падение напряжения (0,2-0,4 вольта) на переходе и очень высокое быстродействие.

К сожалению, такое малое падение напряжения проявляется при приложенном напряжении не более 50-60 вольт. При дальнейшем его повышении диод Шоттки ведёт себя как обычный кремниевый выпрямительный диод. Максимальное обратное напряжение для Шоттки обычно не превышает 250 вольт, хотя в продаже можно встретить образцы, рассчитанные и на 1,2 киловольта (VS-10ETS12-M3).

Так, сдвоенный диод Шоттки (Schottky rectifier) 60CPQ150 рассчитан на максимальное обратное напряжение 150V, а каждый из диодов сборки способен пропустить в прямом включении 30 ампер!

Также можно встретить образцы, выпрямленный за полупериод ток которых может достигать 400А максимум! Примером может служит модель VS-400CNQ045.

Очень часто в принципиальных схемах сложное графическое изображение катода попросту опускают и изображают диод Шоттки как обычный диод. А тип применяемого элемента указывают в спецификации.

К недостаткам диодов с барьером Шоттки можно отнести то, что даже при кратковременном превышении обратного напряжения они мгновенно выходят из строя и главное необратимо. В то время как кремниевые силовые вентили после прекращения действия превышенного напряжения прекрасно самовосстанавливаются и продолжают работать. Кроме того обратный ток диодов очень сильно зависит от температуры перехода. На большом обратном токе возникает тепловой пробой.

К положительным качествам диодов Шоттки кроме высокого быстродействия, а, следовательно, малого времени восстановления можно отнести малую ёмкость перехода (барьера), что позволяет повысить рабочую частоту. Это позволяет использовать их в импульсных выпрямителях на частотах в сотни килогерц. Очень много диодов Шоттки находят своё применение в интегральной микроэлектронике. Выполненные по нано технологии диоды Шоттки входят в состав интегральных схем, где они шунтируют переходы транзисторов для повышения быстродействия.

В радиолюбительской практике прижились диоды Шоттки серии 1N581x (1N5817, 1N5818, 1N5819). Все они рассчитаны на максимальный прямой ток (I_F(AV)) – 1 ампер и обратное напряжение (V_RRM) от 20 до 40 вольт. Падение напряжения (V_F) на переходе составляет от 0,45 до 0,55 вольт. Как уже говорилось, прямое падение напряжения (Forward voltage drop) у диодов с барьером Шоттки очень мало.

Также достаточно известным элементом является 1N5822. Он рассчитан на прямой ток в 3 ампера и выполнен в корпусе DO-201AD.

Также на печатных платах можно встретить диоды серии SK12 – SK16 для поверхностного монтажа. Они имеют довольно небольшие размеры. Несмотря на это SK12-SK16 выдерживают прямой ток до 1 ампера при обратном напряжении 20 – 60 вольт. Прямое падение напряжения составляет 0,55 вольт (для SK12, SK13, SK14) и 0,7 вольт (для SK15, SK16). Также на практике можно встретить диоды серии SK32 – SK310, например, SK36, который рассчитан на прямой ток 3 ампера.

Применение диодов Шоттки в источниках питания.

Диоды Шоттки активно применяются в блоках питания компьютеров и импульсных стабилизаторах напряжения. Среди низковольтных питающих напряжений самыми сильноточными (десятки ампер) являются напряжения +3,3 вольта и +5,0 вольт. Именно в этих вторичных источниках питания и используются диоды с барьером Шоттки. Чаще всего используются трёхвыводные сборки с общим катодом. Именно применение сборок может считаться признаком высококачественного и технологичного блока питания.

Выход из строя диодов Шоттки одна из наиболее часто встречающихся неисправностей в импульсных блоках питания. У него может быть два «дохлых» состояния: чистый электрический пробой и утечка. При наличии одного из этих состояний блок питания компьютера блокируется, так как срабатывает защита. Но это может происходить по-разному.

В первом случае все вторичные напряжения отсутствуют. Защита заблокировала блок питания. Во втором случае вентилятор «подёргивается» и на выходе источников питания периодически то появляются пульсации напряжения, то пропадают.

То есть схема защиты периодически срабатывает, но полной блокировки источника питания при этом не происходит. Диоды Шоттки гарантированно вышли из строя, если радиатор, на котором они установлены, разогрет очень сильно до появления неприятного запаха. И последний вариант диагностики связанный с утечкой: при увеличении нагрузки на центральный процессор в мультипрограммном режиме блок питания самопроизвольно отключается.

Следует иметь в виду, что при профессиональном ремонте блока питания после замены вторичных диодов, особенно с подозрением на утечку, следует проверить все силовые транзисторы выполняющие функцию ключей и наоборот: после замены ключевых транзисторов проверка вторичных диодов является обязательной процедурой. Всегда необходимо руководствоваться принципом: беда одна не приходит.

Проверка диодов Шоттки мультиметром.

Проверить диод Шоттки можно с помощью рядового мультиметра. Методика такая же, как и при проверке обычного полупроводникового диода с p-n переходом. Но и тут есть подводные камни. Особенно трудно проверить диод с утечкой. Прежде всего, элемент необходимо выпаять из схемы для более точной проверки. Достаточно легко определить полностью пробитый диод. На всех пределах измерения сопротивления неисправный элемент будет иметь бесконечно малое сопротивление, как в прямом, так и в обратном включении. Это равносильно короткому замыканию.

Сложнее проверить диод с подозрением на «утечку». Если проводить проверку мультиметром DT-830 в режиме «диод», то мы увидим совершенно исправный элемент. Можно попробовать измерить в режиме омметра его обратное сопротивление. На пределе «20кОм» обратное сопротивление определяется как бесконечно большое. Если же прибор показывает хоть какое-то сопротивление, допустим 3 кОм, то этот диод следует рассматривать как подозрительный и менять на заведомо исправный. Стопроцентную гарантию может дать полная замена диодов Шоттки по шинам питания +3,3V и +5,0V.

Где ещё в электронике используются диоды Шоттки? Их можно обнаружить в довольно экзотических приборах, таких как приёмники альфа и бета излучения, детекторах нейтронного излучения, а в последнее время на барьерных переходах Шоттки собирают панели солнечных батарей. Так, что они питают электроэнергией и космические аппараты.

Диоды Шоттки: описание, принцип работы, схема, основные параметры, применение, характеристики

Диоды Шоттки: описание, принцип работы, схема, основные параметры, применение, характеристики

В конце 30-х годов XX века немецкий физик Вальтер Шоттки обнаружил, что внешнее электрическое поле заставляет свободные электроны покидать зону проводимости и в буквальном смысле выходить из твёрдого тела. Данная квантовая зависимость впоследствии была названа именем её первооткрывателя и теперь известна, как эффект Шоттки.

Несмотря на то, что открытие германского учёного относится к области теоретической физики, оно находит применение в практической радиотехнике и лежит в основе функциональности таких радиокомпонентов, как диоды Шоттки. Их отличие от обычных электрических вентилей заключается в отсутствии классического полупроводникового p-n-перехода. Его роль играет контакт между полупроводником и металлом.

Металл и полупроводник: особенности контакта.

В контактной области полупроводниковых и металлических материалов эффект Шоттки приводит к образованию в полупроводнике слоя, сильно обеднённого электронами. Он обладает вентильными свойствами, присущими полупроводниковому p-n-переходу. Эта зона представляет собой преграду для носителей заряда, поэтому данные радиокомпоненты часто называют диодами с барьером Шоттки.

Элементы отличаются от обычных полупроводниковых вентилей следующими качествами:

1. пониженное падение напряжения при прямом смещении;
2. незначительная собственная ёмкость;
3. малый обратный ток;
4. низкое допустимое обратное напряжение.

При прямом смещении разность потенциалов на диоде Шоттки не превышает 0,5 В, тогда как на обычном выпрямительном вентиле падение напряжения составляет около 2-3 В. Это объясняется небольшим сопротивлением переходного участка между полупроводником и металлом.

Хорошие частотные характеристики диодов Шоттки обусловлены отсутствием в переходной зоне неосновных носителей заряда. Из-за этого в контактной области не протекают обычные для чисто полупроводникового p-n-перехода процессы диффузии и рекомбинации дырок и электронов. Следовательно, собственная ёмкость этого слоя стремится к нулю. Данное свойство делает диоды с барьером Шоттки предпочтительными для использования в высоко- и сверхвысокочастотных схемах, а также аппаратуре с импульсными режимами работы – всевозможных цифровых устройствах, системах управления электроникой и импульсных блоках питания.

Низковольтные диоды.

Особенность диодов Шоттки состоит в том, что они являются низковольтными. Если приложенная разность потенциалов превышает некоторый допустимый уровень, то в соответствии с квантовыми законами происходит пробой, который в обычном полупроводниковом радиокомпоненте может быть туннельным, лавинным или тепловым. После первых двух диод восстанавливается и продолжает исправно работать. Тепловой пробой означает фатальную поломку.

В диодах с барьером Шоттки пробой всегда бывает только тепловым. Такова особенность металло-полупроводникового перехода. При большом обратном смещении элемент выходит из строя и нуждается в замене. Этим, кстати, объясняется сильная чувствительность диодов Шоттки к статическому электричеству – при их монтаже и обслуживании радиоаппаратуры с этими элементами необходимо заземлять спецодежду и инструменты.

Однако чувствительность этих радиокомпонентов не всегда является их недостатком. Например, благодаря этой характеристике диоды с барьером Шоттки используются в особо чувствительных гетеродинах, которые получают способность обрабатывать радиосигналы очень малой мощности.

Основные параметры.

1. Максимальное постоянное обратное напряжение;
2. Максимальное импульсное обратное напряжение;
3. Максимальный (средний) прямой ток;
4. Максимальный импульсный прямой ток;
5. Постоянное прямое напряжение на диоде при заданном прямом токе через него;
6. Обратный ток диода при предельном обратном напряжении;
7. Максимальная рабочая частота диода;
8. Время обратного восстановления;
9. Общая емкость диода.

Производство диодов Шоттки.

В качестве полупроводниковой составляющей используются стандартные материалы – кремний, германий и арсенид галлия. На них в процессе изготовления радиокомпонентов напыляются такие металлы, как золото, серебро, палладий, вольфрам. Именно эти элементы таблицы Менделеева обеспечивают достаточно высокий потенциальный барьер, определяющий функциональность диодов Шоттки.

Германиевые радиокомпоненты показывают высокую устойчивость к изменению температурного режима, поэтому данный материал чаще кремния и арсенида галлия используется при производстве диодов для мощных схем питания. Зато кремниевые и галлиевые элементы демонстрируют лучшие частотные параметры.

Диоды Шоттки — устройство, виды, характеристики и использование

Диоды Шоттки или более точно — диоды с барьером Шоттки — это полупроводниковые приборы, выполненные на базе контакта металл-полупроводник, в то время как в обычных диодах используется полупроводниковый p-n-переход.

Диод Шоттки обязан своим названием и появлением в электронике немецкому физику изобретателю Вальтеру Шоттки, который в 1938 году, изучая только что открытый барьерный эффект, подтвердил выдвинутую ранее теорию, согласно которой хоть эмиссии электронов из металла и препятствует потенциальный барьер, но по мере увеличения прикладываемого внешнего электрического поля этот барьер будет снижаться. Вальтер Шоттки открыл этот эффект, который затем и назвали эффектом Шоттки, в честь ученого.

Исследуя контакт металла и полупроводника можно видеть, что если вблизи поверхности полупроводника имеется область обедненная основными носителями заряда, то в области контакта этого полупроводника с металлом со стороны полупроводника образуется область пространственного заряда ионизированных акцепторов и доноров, при этом реализуется блокирующий контакт — тот самый барьер Шоттки. В каких условиях возникает этот барьер? Ток термоэлектронной эмиссии с поверхности твердого тела определяет уравнение Ричардсона:

Создадим условия, когда при контакте полупроводника, например n-типа, с металлом термодинамическая работа выхода электронов из металла была бы больше, чем термодинамическая работа выхода электронов из полупроводника. В таких условиях, в соответствии с уравнением Ричардсона, ток термоэлектронной эмиссии с поверхности полупроводника окажется больше, чем ток термоэлектронной эмиссии с поверхности металла:

В начальный момент времени, при контакте названных материалов, ток от полупроводника в металл превысит обратный ток (из металла в полупроводник), в результате чего в приповерхностных областях как полупроводника, так и металла — станут накапливаться объемные заряды — положительные в полупроводнике и отрицательные — в металле. В контактной области возникнет электрическое поле, образованное этими зарядами, и будет иметь место изгиб энергетических зон.

Под действием поля термодинамическая работа выхода для полупроводника возрастет, и возрастание будет происходить до тех пор, пока в контактной области не уравняются термодинамические работы выхода, и соответствующие им токи термоэлектронной эмиссии применительно к поверхности.

Картина перехода к равновесному состоянию с формированием потенциального барьера для полупроводника p-типа и металла аналогична рассмотренному примеру с полупроводником n-типа и металла. Роль внешнего напряжения — регулировка высоты потенциального барьера и напряженности электрического поля в области пространственного заряда полупроводника.

На рисунке выше представлены зонные диаграммы различных этапов формирования барьера Шоттки. В условиях равновесия в области контакта токи термоэлектронной эмиссии выравнялись, вследствие эффекта поля возник потенциальный барьер, высота которого равна разности термодинамических работ выхода: φк = ФМе — Фп/п.

Очевидно, вольт-амперная характеристика для барьера Шоттки получается несимметричной. В прямом направлении ток растет по экспоненте вместе с ростом прикладываемого напряжения. В обратном направлении ток не зависит от напряжения. В обоих случаях ток обусловлен электронами в качестве основных носителей заряда.

Диоды Шоттки поэтому отличаются быстродействием, ведь в них исключены диффузные и рекомбинационные процессы, требующие дополнительного времени. С изменением числа носителей и связана зависимость тока от напряжения, ибо в процессе переноса заряда участвуют эти носители. Внешнее напряжение меняет число электронов, способных перейти с одной стороны барьера Шоттки на другую его сторону.

Вследствие технологии изготовления и на основе описанного принципа действия, — диоды Шоттки имеют малое падение напряжения в прямом направлении, значительно меньшее чем у традиционных p-n-диодов.

Здесь даже малый начальный ток через контактную область приводит к выделению тепла, которое затем способствует появлению дополнительных носителей тока. При этом отсутствует инжекция неосновных носителей заряда.

У диодов Шоттки поэтому отсутствует диффузная емкость, поскольку нет неосновных носителей, и как следствие — быстродействие достаточно высокое по сравнению с полупроводниковыми диодами. Получается подобие резкого несимметричного p-n-перехода.

Таким образом, прежде всего диоды Шоттки — это СВЧ-диоды различного назначения: детекторные, смесительные, лавинно-пролетные, параметрические, импульсные, умножительные. Диоды Шоттки можно применять в качестве приемников излучения, тензодатчиков, детекторов ядерного излучения, модуляторов света, и наконец — выпрямителей высокочастотного тока.

Обозначение диода Шоттки на схемах

Диоды Шоттки сегодня

На сегодняшний день диоды Шоттки распространены весьма широко в электронных устройствах. На схемах они изображаются по иному, чем обычные диоды. Часто можно встретить сдвоенные выпрямительные диоды Шоттки, выполненные в трехвыводном корпусе свойственном силовым ключам. Такие сдвоенные конструкции содержат внутри два диода Шоттки, объединенные катодами или анодами, чаще — катодами.

Диоды в сборке имеют очень близкие параметры, поскольку каждая такая сборка изготавливается единым технологическим циклом, и в итоге их рабочий температурный режим одинаков, соответственно выше и надежность. Прямое падение напряжения 0,2 — 0,4 вольта наряду с высоким быстродействием (единицы наносекунд) — несомненные преимущества диодов Шоттки перед p-n-собратьями.

Особенность барьера Шоттки в диодах, применительно к малому падению напряжения, проявляется при приложенных напряжениях до 60 вольт, хотя быстродействие остается непоколебимым. Сегодня диоды Шоттки типа 25CTQ045 (на напряжение до 45 вольт, на ток до 30 ампер для каждого из пары диодов в сборке) можно встретить во многих импульсных источниках питания, где они служат в качестве силовых выпрямителей для токов частотой до нескольких сотен килогерц.

Нельзя не затронуть тему недостатков диодов Шоттки, они конечно есть, и их два. Во-первых, кратковременное превышение критического напряжения мгновенно выведет диод из строя. Во-вторых, температура сильно влияет на максимальный обратный ток. При очень высокой температуре перехода диод просто пробьет даже при работе под номинальным напряжением.

Ни один радиолюбитель не обходится без диодов Шоттки в своей практике. Здесь можно отметить наиболее популярные диоды: 1N5817, 1N5818, 1N5819, 1N5822, SK12, SK13, SK14. Эти диоды есть как в выводном исполнении, так и в SMD. Главное, за что радиолюбители их так ценят — высокое быстродействие и малое падение напряжения на переходе — максимум 0,55 вольт — при невысокой цене данных компонентов.

Редкая печатная плата обходится без диодов Шоттки в том или ином назначении. Где-то диод Шоттки служит в качестве маломощного выпрямителя для цепи обратной связи, где-то — в качестве стабилизатора напряжения на уровне 0,3 — 0,4 вольт, а где-то является детектором.

В приведенной таблице вы можете видеть параметры наиболее распространенных сегодня маломощных диодов Шоттки.

Диод Шоттки

Виды диодов

Диод Шоттки относится к семейству диодов. Выглядит он почти также, как и его собраться, но есть небольшие отличия.

Простой диод выглядит на схемах вот так:

обозначение диода на схеме

Стабилитрон уже обозначается, как диод с “кепочкой”

обозначение стабилитрона на схеме

Диод Шоттки имеет две “кепочки”

обозначение диода шоттки на схеме

Чтобы проще запомнить, можно добавить голову и ножки и представить себе человечка, танцующего ламбаду)

Обратное напряжение диода

Итак, как вы помните, диод пропускает электрический ток только в одном направлении, а в другом направлении блокирует прохождение электрического тока до какого-то критического значения, называемым обратным напряжением диода.

Это значение можно найти в даташите

обратное напряжение диода

Для каждой марки диода оно разное

Если превысить это значение, то произойдет пробой, и диод выйдет из строя.

Падение напряжения на диоде Шоттки

Если же подать прямой ток на диод, то на диоде будет “оседать” напряжение. Это падение напряжения называется прямым падением напряжения на диоде. В даташитах обозначается как V_f , то есть Voltage drop.

прямое падение напряжения на диоде

Если пропустить через такой диод прямой ток, то мощность, которая будет на нем рассеиваться, будет определяться формулой:

V_f – прямое падение напряжение на диоде, В

Поэтому, одним из главных преимуществ диода Шоттки является то, что его прямое падение напряжения намного меньше, чем у простого диода. Следовательно, он будет меньше рассеивать тепло, или простым языком, меньше нагреваться.

Давайте рассмотрим один из примеров. Возьмем диод 1N4007. Его прямое падение напряжения составляет 0,83 Вольт, что типично для простого полупроводникового диода.

падение напряжение на диоде в прямом включении

В настоящий момент через него проходит сила тока, равная 0,5 А. Давайте рассчитаем его рассеиваемую мощность в данный момент. P=0,83 x 0,5 = 0,415 Вт.

Если рассмотреть этот случай через тепловизор, то можно увидеть, что его температура корпуса составила 54,4 градуса по Цельсию.

Теперь давайте проведем тот же самый эксперимент с диодом Шоттки 1N5817. Как вы видите, его прямое падение напряжения составило примерно 0,35 В.

падение напряжения на диоде Шоттки при прямом включении

При прохождении силы тока через диод Шоттки в 0,5 А, мы получим рассеиваемую мощность P=0,5 x 0,35 = 0,175 Вт. При этом тепловизор нам покажет, что температура корпуса уже будет 38,2 градуса.

Следовательно, Шоттки намного эффективнее, чем простой полупроводниковый диод в плане пропускания через себя прямого тока, так как он обладает меньшим падением напряжения, а следовательно, меньше рассеивает тепло в окружающее пространство и меньше нагревается.

Прямое падение напряжения можно также посмотреть и в даташитах. Например, прямое падение напряжения на диоде Шоттки 1N5817 можно найти из графика зависимости прямого тока от падения напряжения на диоде Шоттки

график зависимости прямого тока от напряжения

В нашем случае если следовать графо-аналитическому способу, то мы как раз получаем значение 0,35 В

Диод Шоттки в ВЧ цепях

Также диоды Шоттки обладают быстрой скоростью переключения. Это значит, что мы можем использовать их в высокочастотных (ВЧ) цепях.

Итак, возьмем генератор частоты и выставим синус частотой в 60 Гц

Возьмем диод 1N4007 и диод Шоттки 1N5817. Подключим их по простой схеме однополупериодного выпрямителя

и будем снимать с них показания

Как вы видите, оба они прекрасно справляются со своей задачей по выпрямлению сигнала на частоте в 60 Гц.

Но что будет, если мы увеличим частоту до 300 кГц?

Ого! Диод Шоттки более-менее справляется со своей задачей, что нельзя сказать о простом диоде 1N4007. Простой диод не может справиться со своей задачей не пропускать обратный ток, поэтому на осциллограмме мы видим отрицательный выброс

Отсюда можно сделать вывод: диоды Шоттки рекомендуется использовать в ВЧ цепях.

Обратный ток утечки

Но раз уж диоды Шоттки такие крутые, то почему бы их не использовать везде? Почему мы до сих пор используем простые диоды?

Если мы подключим диод в обратном направлении, то он будет блокировать прохождение электрического тока. Это верно, но не совсем. Очень маленький ток все равно будет проходить через диод. В некоторых случаях это не принимают во внимание. Этот маленький ток называется обратным током утечки. На английский манер это звучит как reverse leakage current.

Он очень мал, но имеет место быть.

Проведем простой опыт. Возьмем лабораторный блок питания, выставим на нем 19 В и подадим это напряжение на диод в обратном направлении

Замеряем ток утечки

обратный ток утечки диода

Как вы видите, его значение составляет 0,1 мкА.

Давайте теперь повторим этот же самый опыт с диодом Шоттки

обратный ток утечки диода Шоттки

Ого, уже почти 20 мкА! Ну да, в некоторых случаях это сущие копейки и ими можно пренебречь. Но есть схемы, где все-таки недопустим такой незначительный ток. Например, в схемах пикового детектора

схема пик детектора

В этом случае эти 20 мкА будут весьма значительны.

Но есть также еще один камень преткновения. С увеличением температуры обратный ток утечки возрастает в разы!

зависимость обратного тока утечки от температуры корпуса диода Шоттки

Поэтому, вы не можете использовать Шоттки везде в схемах.

Но и это еще не все. Обратное напряжение для диодов Шоттки в разы меньше, чем для простых выпрямительных диодов. Это можно также увидеть из даташита. Если для диода 1N4007 обратное напряжение составляет 1000 В

То для диода Шоттки 1N5817 это обратное напряжение уже будет составлять всего-то 20 В

Поэтому, если это напряжение превысит значение, которое описано в даташите, мы в итоге получим:

Применение диодов Шоттки

Диоды Шоттки находят достаточно широкое применение. Их можно найти везде, где требуется минимальное прямое падение напряжения, а также в цепях ВЧ. Чаще всего их можно увидеть в компьютерных блоках питания, а также в импульсных стабилизаторах напряжения.

Также эти диоды нашли применение в солнечных панелях, так как солнечные панели генерируют электрический ток только в светлое время суток. Чтобы в темное время суток не было обратного процесса потребления тока от аккумуляторов, в панели монтируют диоды Шоттки

Шоттки в солнечных панелях

В компьютерной технике чаще всего можно увидеть два диода в одном корпусе

При написании данной статьи использовался материал с этого видео

Диод Шоттки — характеристики и принцип работы

Очень часто в электротехнике или различных схемах электрических цепей встречается такое понятие, как диод Шоттки. Прежде всего, это специальный диод-полупроводник, имеющий при прямом включении маленькое падение напряжения,и состоящий из полупроводника и металла. Свое название получил в честь изобретателя из Германии Вальтера Шоттки, который изобрел этот электронный элемент.Допустимое обратное напряжение в электронном элементе в промышленных целях ограничено 250 вольтами. На практике применяется в основном в низковольтных цепях, чтобы предотвратить течение тока в обратную сторону. По своей мощности разделяются на несколько групп: маломощные, среднемощные и мощные.

Само устройство состоит из металла — полупроводника, пассивации стеклом, защитного кольца и металла. Когда по цепи начинает идти электрический ток, то на защитном кольце и по всей области барьера-полупроводника будут скапливаться положительные и отрицательные заряды, но в разных частях корпуса, при котором будет возникать электрическое поле и выделяется тепло, что является большим плюсом для некоторых опытов в физике.

Отличие от других полупроводников

Этот электронный элемент отличается от других тем, что в нем в качестве преграды используется металл — полупроводник, который имеет одностороннюю электропроводимость, и обладающий многими другими отличительными свойствами. Такими металлами-полупроводниками могут быть арсенид галлий, золото, карбид кремния, вольфрам, германий, палладий, платина и так далее.

От выбранного металла будет зависеть и вся работа электронного элемента Шоттки. Особенно часто используют кремний, потому что он надежнее других, хорошо работает на больших мощностях. Также чаще других металлов используют полупроводник на основе арсенида галлия (GaAs) — химическое соединение мышьяка и галлия, реже — на основе германия (Ge). Технология изготовления этих электронных элементов очень проста, поэтому он и является самым дешевым.

Также диод Шоттки отличается от других стабильной работой при подаче тока. Для стабильности используют внедрение в корпус этого электронного элемента специальных кристаллов, что является очень тонкой работой, потому что халатность или невнимательность может привести к неисправности устройства. Этим редко занимаются люди, чаще всего эту работу выполняет специальный робот — автомат, запрограммированный для такой операции.

Диод Шоттки обозначение и маркировка

Как и все электронные детали и элементы имеют обозначения, на принципиальных схемах этот электронный элемент изображается вот так (см. рис. 1), что несколько отличается от обозначения обычного полупроводника.

Еще на схемах можно встретить изображение сдвоенного диода Шоттки (см. рис. 2). Это два смонтированных электронных элемента в одном общем корпусе. Аноды или катоды у них спаяны, поэтому имеют три вывода.

Этот электронный элемент, как и большинство, маркируется сбоку. И если непонятны буквы и цифры на обозначении, то можно посмотреть по радиотехническому справочнику их расшифровку.

Достоинства и недостатки

У этого устройства есть свои положительные стороны и свои недостатки.

1. Хорошо удерживает электрический ток в цепи;
2. Маленькая емкость барьера из металлов — полупроводников, что увеличивает долгосрочную работоспособность диода;
3. В отличие от других полупроводников, в диоде Шоттки наблюдается низкое падение напряжения;
4. В электрической цепи данный диод Шоттки быстро действует.

Большой минус в том, что бывает очень большим обратный ток. В некоторых случаях, например, превышение нужного уровня обратного тока даже на несколько ампер, электронный элемент просто ломается или выходит из строя в самый неподходящий момент вне зависимости от того, новый он или старый. Также часто можно наблюдать утечки диодов, что может привести в некоторых случаях к печальным последствиям, если относится к проверке полупроводников с пренебрежением.

Диод Шоттки применение

Эти электронные элементы, представленные выше, можно встретить в нашем мире практически везде: в компьютерах, стабилизаторах, бытовой технике, радиовещании, телевидении, блоках питания, солнечных батареях, транзисторах и во многих других приборах из всех сферах жизни.

Во всех случаях поднимает эффективность и работоспособность, уменьшает численность потерь динамики напряжения, восстанавливает обратное сопротивление тока, принимает на себя излучение альфа, бета и гамма- зарядов, позволяет работать достаточно много времени без пробоев, удерживает ток в напряжении электрической цепи.

Диагностика диодов Шоттки

Можно провести диагностику электронного элемента Шоттки, если возникнет такая необходимость, но на это уйдет немного времени. Прежде всего, необходимо выпаять один элемент из диодного моста или электронной схемы. Осмотреть визуально и проверить тестером. В результате этих простых технических операций узнаете исправный ли полупроводник или нет. Хотя и необязательно выпаивать всю сборку, ведь это лишняя работа, а самое главное — затраты времени.

Также можно проверить данный диод или диодный мост мультиметром, при этом учитывайте то, что на приборе изготовитель пишет ток сбоку. Мы включаем мультиметр и подводим его щупы к концам анода и катода, и он покажет нам напряжение диода.

Иногда бывает так, что диод Шоттки может стать неисправным по некоторым причинам. Рассмотрим их:

1. Если в полупроводниковом элементе возникнет пробоина, то он просто перестает держать ток и становится проводником.
2. Если в полупроводнике или диодном мосту возникнет обрыв, тогда он вообще перестанет пропускать ток.

Причем в обоих случаях запаха гари вы не почувствуете и дыма не увидите, так как в корпусе встроена специальная защита против таких происшествий. Если вдруг в одном транзисторе сгорел вышесказанный диод, то убедитесь, что это единственное устройство, где вы нашли неисправность, потому что диоды обязательно нужно проверять все.

Хотя иногда может и не быть такой возможности для того, чтобы проверить диоды на исправность, когда это будет необходимо. Иногда бывает так, что компьютер начинает тормозить, включаться очень долго, «зависает». Возможно, дело связано именно с диодами, и каждый может разобрать процессор и посмотреть, что внутри случилось.

Нужно, прежде всего, обесточить компьютер и открыть блок питания в системном блоке. Сразу же можно заметить диоды. Проверьте, есть ли в них пробоины или обрывы. Если есть, то нужно их достать и заменить новым полупроводником, устранив неполадки самостоятельно, но лучше обратиться за помощью к профессионалам.

Полупроводники Шоттки в современном мире

Диоды Шоттки получили широкую популярность и распространение во всех сферах современной жизни, особенно в электронике. Их можно найти как сдвоенные выпрямительные диоды, где два полупроводника установлены в одном корпусе и концы анодов или катодов связаны между собой, так и простые, также бывают очень маленькими (например, очень часто встречается в мелких электрических деталях).

Этот полупроводник очень часто используют в импульсных блоках питания в бытовой технике, что значительно снижает потери и улучшает тепловой режим работы. Также данные электронные элементы используются в транзисторах в качестве выпрямителей тока, и в таких специальных диодах, которые используют для объединения параллельных источников питания.

Диод Шоттки: что это, маркировка, обозначение на схеме (УГО)

Диод (стабилитрон) – электронный прибор с односторонней проводимостью. Говоря другими словами, ток в нем может протекать только в одну сторону. Статья посвящена одной из разновидностей такого радиоэлемента – диоду шоттки и его маркировке.

Рекомендуем освежить в памяти, что такое диод:

Что такое диод Шоттки

От обычного диодного элемента он отличается маленьким падением напряжения. Помимо полупроводника, в составе имеет металл. Название – в честь немецкого физика Вальтера Шоттки, открывшего так называемый эффект Шоттки.

На заметку!

В качестве металла для стабилитрона Шоттки может быть карбид вольфрам, карбид кремния, палладий, платина, золото, арсенид галлия и другие.

Отличие от других полупроводников

Достоинство такого стабилитрона в том, что потери напряжения на нем ниже – всего 0,2 – 0, 4 вольта, тогда как, например, у обычных полупроводниковых элементов с кремнием – 0,6–0,7 вольта.

Кроме этого они отличаются более стабильной работой при подаче тока. Внутрь корпуса помещаются специальные кристаллы. Это очень тонкая работа, которую выполняют только запрограммированные роботы.

Наглядно, как отличить стабилитрон Шоттки от остальных с помощью мультиметра:

Обозначение на схеме и маркировка

Обозначение диода Шоттки на схеме отличается от остальных диодов. Вот все виды на одном рисунке – как они помечаются на схеме:

На самом деле редко кто из опытных радиолюбителей не использует Шоттки на практике. При невысокой цене таких радиодеталей они лучше своих аналогов. Наиболее популярные виды диодов Шоттки с маркировкой:

Все эти варианты имеют как корпус цилиндрической формы, так и SMD. Surface Mounted Device (SMD) – прибор, монтируемый на поверхность. Если стабилитрон стандартной цилиндрической формы имеет длинные контактные ножки и монтируется через отверстия в электрической плате, то SMD аналоги – прямо на плату или, так как имеют короткие выводы.

Найти данные стабилитроны можно во многой электронике. Смотрите ниже в главе «Применение и где можно выпаять».

Достоинства и недостатки

Преимуществ таких у таких стабилитронов два, оба связаны с низким падением напряжения:

• Пониженный уровень помех. Потому такие диоды хорошо подходят для аналоговых вторичных источников питания.
• Экономичные. Напряжение теряется в среднем в три раза меньше, чем у других диодов.

Единственный недостаток – быстрей выходит из строя при воздействии обратного тока. Когда схема начинает работать некорректно, и ток протекает в обратную сторону (а диод, напомним, элемент с односторонней проводимостью), Шоттки менее устойчив, чем обычные диодные элементы.

Данное явление называют пробоем диода.

Применение и где можно выпаять

Встречаются в бытовой технике, в радиоприемниках, телевизорах, блоках питания компьютеров, в современных солнечных батареях. Также в таких редких приборах, как детектор нейтронного излучения, приемник альфа и бета-излучения и даже космические аппараты. Радиолюбители обычно находят их в компьютерах: на старых материнских платах, в блоках питания, в цепях питания процессора.

Принцип работы диода Шоттки, как его проверить и чем заменить

В большом семействе полупроводников есть так называемый диод Шоттки. Он назван по фамилии учёного Shottky, открывшего этот эффект. В радиоэлектронике занимает свою нишу благодаря своим параметрам. Что это за прибор и чем он отличается от обычных обсуждаем ниже.

Диоды Шоттки (Shottky) могут выглядеть так

Содержание статьи

Основные характеристики диодов

Для начала вспомним, что такое обычный диод и как он работает. Это полупроводниковый прибор, который стоит из двух зон. При определённых условиях через этот переход перемещаются электроны.

Устройство и обозначение диода

Основное свойство элемента — он пропускает ток в одном направлении, и не пропускает в другом. Диоды Шоттки имеет такие же характеристики, как и обычные. На некоторых заострим внимание поподробнее. Это падение напряжения, обратный ток, обратное напряжение, частота.

Диод Шоттки отличается от обычных кремниевых диодов

Диод Шоттки делают из кремния (Si), арсенида галлия (GaAs) и редко — на основе германия (Ge). Металл в соединении с полупроводником определяет многие параметры диода. Этим металлом, может быть, золото (Au), ралладий (Pd), платина (Pt), вольфрам (W) которые наносятся на полупроводники.

А также как и обычный диод соединение полупроводник-металл обладает односторонней проводимостью с рядом положительных, а также отрицательных качеств.

Вольт-амперная характеристика диода шоттки

Вольт-амперная характеристика диода Шоттки отличается от обычного полупроводникового большей нелинейностью.

Что дает использование соединения металл-полупроводник? Два положительных момента:

1. 1. Очень небольшое падение напряжения на прямом переходе — 0,2-0,4 В. Для кремниевого диода «среднее» значение этого параметра — 0,7 В.  Правда, малое падение напряжения имеют только приборы с небольшим напряжением пробоя — до 100 В. Для более мощных это падение только чуть ниже, чем у кремниевых.
   2. Высокое быстродействие. То есть, он быстро меняет своё состояние. Переход из открытого состояния в закрытое и обратно происходит за очень короткий промежуток времени и определяется только барьерной ёмкостью. Их применяют в системах коммутации, где важна скорость реакции.

Что такое диод Шоттки и как он обозначается на схеме

Есть у них и минусы. При повышении температуры у них значительно возрастает обратный ток.

Второй недостаток — при превышении максимально допустимого обратного напряжения происходит необратимый пробой. То есть, прибор выходит из строя. Есть и ещё один минус — малое падение прямого напряжения только у диодов Шоттки с малым напряжением пробоя (до сотни вольт). У вариантов с более высоким напряжением потери сравнимы с кремниевыми.

Применение в электронике

Такие свойства, как быстродействие и малое падение напряжения позволяет использовать диоды Шоттки в высокочастотных схемах. Например, в силовых высокочастотных выпрямителях (до сотен килогерц), где они работают как высокочастотные выпрямители. Применяют их и в усилителях звука, так как по сравнению с обычными диодами они дают меньший уровень помех.

Если вы посмотрите на плату источника питания, точно увидите диод Шоттки

Ещё одна область применения — составная часть более сложных полупроводниковых приборов. Например, МОП — транзисторы, диодные сборки и силовые диоды со встроенным диодом Шоттки имеют лучшие характеристики.

Сфера применения изделий велика, но наиболее часто их применяют в блоках питания компьютеров. А также в схемах для модуляции света в приёмниках излучения, солнечных батареях.

Условное обозначение и характеристики

На схеме диод Шоттки имеет особое обозначение. Отличие от обычного состоит в том, что перекладина у треугольника имеет загнутые края. Не один, как у стабилитрона, а оба. И края эти загнуты в разные стороны. На рисунке приведено обозначение по ГОСТу.

Диод Шоттки на схеме: условное обозначение

Про характеристики уже говорили. Это три основных параметра:

• Падение напряжения при прямом переходе. Для диодов Шоттки оно ниже, чем у обычных кремневых. При мощности обратного пробоя до 100 В оно будет порядка 0,2-0,4 В (у кремниевых в среднем 0,6–07 В).
• Напряжение пробоя. Обычное значение — до 200 В, но есть и изделия с напряжением более 1000 вольт.

• Параметры популярной серии диодов Шоттки 1N58**

• Обратный ток. В нормальных условиях (до 20 °C) он не слишком велик — порядка 0,05 мА, но при повышении температуры резко повышается.

Приведённые параметры — средние. Есть довольно серьёзный разбег и для каждого случая можно подобрать нужные характеристики по каждому из пунктов. Иногда ещё важен такой параметр, как скорость переключения (быстродействие).

Виды диодов Шоттки

В настоящее время в электронных устройствах обычно применяют именно этот тип диодов. Бывают следующих видов:

• Одинарные.
• Сдвоенные
  • с общим анодом;
  • с общим катодом;

    Два варианта корпусов для сдвоенных диодов Шоттки

  • последовательно соединенные.

Сдвоенные диоды Шоттки (или диодные сборки) выполнены в одном корпусе, похожи на силовые ключи, имеют три вывода. Диоды в сборке имеют одинаковые или очень близкие параметры, так как выполняются в одном технологическом цикле.

Часто диоды Шоттки выглядят именно так, но есть еще и в виде обычных диодов и СМД варианты. Как видите, на пластиковых стоит обозначение связки двух диодов — с общим анодом

Деталь имеет обычный корпус в виде небольших цилиндров с двумя проволочными выводами. Катод помечен полосой.

Таблица названий и характеристик

Диоды Шоттки выпускаются определёнными сериями. Не так много производителей в мире, несколько десятков серий. В таблице собраны наиболее часто встречающиеся элементы отечественного и импортного производства (некитайского).

Отечественные диоды Шоттки	Импортные диоды Шоттки	U max, V	Imax, А	Тип
	1N5817	20-25	1	Одинарный
	1N5820	20-25	3	Одинарный
КД269 А, АС		20-25	5	Одинарный/сдвоенный
КД238АС		20-25	7,5	Сдвоенный
КД270 А, АС		20-25	7,5	Одинарный/сдвоенный
КД271 А, АС		20-25	10	Одинарный/сдвоенный
КД272 А, АС	SR1620	20-25	15	Одинарный/сдвоенный
КД273 А, АС		20-25	20	Одинарный/сдвоенный
	1N5818	30-35	1	Одинарный
	1N5821	30-35	3	Одинарный
КД638 А, АС		30-35	5	Сдвоенные
КД238 А, АС		30-35	7,5	Сдвоенные
	10TQ0.5	30-35	10	Одинарный
	12TQ035	30-35	15	Одинарный
	20TQ035	30-35	20	Одинарный
	SR5030	30-35	50	Сдвоенные
	1N5819	40-45	1	Одинарный
	1N5822	40-45	3	Одинарный
КД638 АС	SR540	40-45	5	Одинарный
КД238 АС	6TQ045	40-45	7.5	Сдвоенные
	10TQ045	40-45	10	Одинарный
	12TQ045	40-45	15	Одинарный
	20TQ045	40-45	20	Одинарный
	SR350	50	3	Одинарный
КД269 Б, БС		50	5	Одинарный/сдвоенный
КД270 Б, БС	SR850	50	7.5	Одинарный/сдвоенный
КД271 Б, БС		50	10	Одинарный/сдвоенный
КД272 Б, БС		50	15	Одинарный/сдвоенный
КД273 Б, БС	18TQ050	50	20	Одинарный/сдвоенный
	SR160	60	1	Одинарный
	SR360	60	3	Одинарный
КД638 БС	SR560	60	5	Сдвоенные
КД636 АС	SR1660	60	15	Сдвоенные
КД637 АС		60	25	Сдвоенные
КД269 В, ВС	50SQ080	75	5	Одинарный/сдвоенный
КД270 В, ВС	8TQ060	75	7,5	Одинарный/сдвоенный
КД271 В, ВС		75	10	Одинарный/сдвоенный
КД272 В, ВС		75	15	Одинарный/сдвоенный
КД273 В, ВС		75	20	Одинарный/сдвоенный
	30CPQ80	75	30	Сдвоенные
	11DQ09	90-100	1.1	Одинарный
	31DQ10	90-100	3.3	Одинарный
КД638 ВС		90-100	5	Сдвоенные
КД269 Г, ГС	50SQ100	90-100	5	Одинарный/сдвоенный
КД270 Г, ГС	8TQ100	90-100	7.5	Одинарный/сдвоенный
КД271 Г, ГС		90-100	10	Одинарный/сдвоенный
КД272 Г, ГС		90-100	15	Одинарный/сдвоенный
КД273 Г, ГС		90-100	20	Одинарный/сдвоенный
	30CPQ100	90-100	30	Сдвоенные
КД638 ГС		150	5	Сдвоенные
КД269 Д, ДС		150	5	Одинарный/сдвоенный
КД638 ДС		150	5	Сдвоенные
КД270 Д, ДС		150	7,5	Одинарный/сдвоенный
КД271 Д, ДС	10CTQ150	150	10	Одинарный/сдвоенный
КД636 БС		150	15	Сдвоенные
КД272 Д, ДС		150	15	Одинарный/сдвоенный
КД273 Д, ДС		150	20	Одинарный/сдвоенный
КД637 БС		150	25	Одинарный/сдвоенный
	30CPQ150, SF303	150	30	Сдвоенные
	UF4003, SF14	200	1	Одинарный
	SF24	200	2	Одинарный
	SF34, HER303	200	3	Одинарный
КД369 Е, ЕС		200	5	Одинарный/сдвоенный
КД638 ЕС		200	5	Сдвоенные
КД270 Е, ЕС		200	7,5	Одинарный/сдвоенный
КД271 Е, ЕС		200	10	Одинарный/сдвоенный
КД272 Е, ЕС		200	15	Одинарный/сдвоенный
КД638 ВС		200	15	Сдвоенные
КД273 Е, ЕС		200	20	Одинарный/сдвоенный
КД637 ВС		200	25	Сдвоенные
	SF304, 30EPF02	200	30	Одинарный
	UF4004. SF16	400	1	Одинарный
	SF26	400	2	Одинарный
	SF26, HER305	400	3	Одинарный
КД640 А, АС		400	8	Одинарный/сдвоенный
КД271 К, КС, К1	10ETF04	400	10	Одинарный/сдвоенный
КД272 К, КС, К1	16CTU04	400	15	Одинарный/сдвоенный
КД641 А, АС		400	15	Одинарный/сдвоенный
КД636ГС		400	15	Сдвоенные
КД273К, КС, К1		400	20	Одинарный/сдвоенный
КД637ГС	30CPF04	400	25 (30)	Сдвоенные
КД640 Б, БС		500	8	Одинарный/сдвоенный
КД640 Е, ЕС		500	8	Одинарный/сдвоенный
КД271 Л, ЛС, Л1		500	10	Одинарный/сдвоенный
КД272 Л, ЛС, Л1		500	15	Одинарный/сдвоенный
КД640 Б, БС		500	15	Одинарный/сдвоенный
КД640 Е, ЕС		500	15	Одинарный/сдвоенный
КД273 Л, ЛС, Л1		500	20	Одинарный/сдвоенный
	UF4005, SF17	600	1	Одинарный
	SF27	600	2	Одинарный
	SF37, HER306	600	3	Одинарный
	HFA04TB60	600	4	Одинарный
КД640 В, ВС	HFA08TB60, HFA08pB60	600	8	Одинарный/сдвоенный
КД271, М, МС, М1	10ETF06	600	10	Одинарный/сдвоенный
КД636 ДС		600	12	Сдвоенные
КД272, М, МС, М1		600	15	Одинарный/сдвоенный
КД641В, ВС		600	15	Одинарный/сдвоенный
КД273, М, МС, М1		600	20	Одинарный/сдвоенный
КД637 ДС		600	25	Сдвоенные
	30СPF06	600	30	Одинарный/сдвоенный
	40EPF06	600	40	Одинарный
	60EPF06	600	60	Одинарный
КД640 Г, ГС		700	8	Одинарный/сдвоенный
КД640 Г, ГС		700	15	Одинарный/сдвоенный
	UF4006, SF18	800	1	Одинарный
	SF28	800	2	Одинарный
	SF38, HER307	800	3	Одинарный
КД636 ЕС		800	12	Сдвоенные
КД637 ЕС	20ETF08	800	25	Сдвоенные
	UF4007, SF19	1000-1200	1	Одинарный
	SF29	1000-1200	2	Одинарный
	SF39, HER308	1000-1200	3	Одинарный
	HFA06TB120	1000-1200	6	Одинарный
	HFA08TB120, HFA06PB120	1000-1200	8	Одинарный
	20ETF12	1000-1200	20	Одинарный
	30ETF12	1000-1200	30	Одинарный/сдвоенный
	60ETF12	1000-1200	60	Одинарный

Для удобства они отсортированы по напряжению пробоя. Внутри группы прямой ток идет по возрастающей. Так удобнее ориентироваться.

Отличия в графическом изображении диода Шоттки и обычного

Некоторые из перечисленных супербыстрые: SF 17/18/19 в группе с высоким обратным напряжением (от 600 В). В группе с напряжением пробоя 400 В их несколько — всё по списку начиная от тока 8А. Такая же картина наблюдается с пробоем на 300 В. В этой группе почти все отличатся высоким быстродействием. Только три позиции (UF4003 и SF 24 и 34) имеют «нормальную» для диодов Шоттки скорость срабатывания. Она всё равно намного выше, чем у обычных кремниевых деталей.

Если проанализировать таблицу, можно заметить, что диоды с малым обратным током почти без исключений импортного производства.

Как проверить

Вообще, он проверяется как обычный диод. Проверка основана на том, что они в одном направлении пропускают ток и имеют малое сопротивление, во втором ток не пропускают и сопротивление имеют высокое — почти обрыв.

Чтобы проверить диод Шоттки мультиметром, переводим его в режим прозвонки. Прикладываем щупы к выводам проверяемой детали. В одном положении должно «звониться», поменяв щупы, должна получить обрыв. Если «звонится» и в любом положении щупов — переход пробит и диод неисправен. Но никакие другие характеристики мультиметром вы не проверите. Можно только сказать работает он или пробит, а также где анод и катод.

Можно проверить диод Шоттки имея обычный мультиметр. В обратном положении должен показывать «обрыв».

Где анод, а где катод? Анод там где положительный щуп, катод — где земляной при таком положении когда диод ток пропускает. В обычном исполнении (КД) катод там, где корпус имеет расширение.

Проверить исправность диода Шоттки вообще не проблема, если имеете универсальный тестер. В слоты вставляем ножки детали и нажимаем на кнопку тестирования. На экране должен высветиться символ диода и характеристики, которыми он обладает. Перечень характеристик зависит от модели измерителя, но падение напряжения на прямом переходе, напряжение пробоя и обратный ток должны быть обязательно. А ещё вам распишут, к какому слоту подключён анод, а к какому катод. Если он сдвоенный, то и общий коллектор/база будут прописаны.

Чем заменить

Заменить диод диодом Шоттки вполне возможно, лишь бы подходил по основным характеристикам, напряжение и ток. А вот обратная замена нежелательна. Дело в том, что Шоттки в силу своих характеристик, меньше греются. При такой замене он быстро выйдет из строя. Конечно если проанализировать схему, то можно подобрать аналог с запасом по мощности.

принцип работы и сферы его применения, чем отличается

Содержание статьи

Что такое диод Шоттки

От обычного диодного элемента он отличается маленьким падением напряжения. Помимо полупроводника, в составе имеет металл. Название – в честь немецкого физика Вальтера Шоттки, открывшего так называемый эффект Шоттки.

На заметку!

В качестве металла для стабилитрона Шоттки может быть карбид вольфрам, карбид кремния, палладий, платина, золото, арсенид галлия и другие.

Конструкция

Отличается диод Шоттки от обыкновенных диодов своей конструкцией, в которой используется металл-полупроводник, а не p-n переход. Понятно, что свойства здесь разные, а значит, и характеристики тоже должны отличаться.

Действительно, металл-полупроводник обладает такими параметрами:

• Имеет большое значение тока утечки,
• Невысокое падение напряжения на переходе при прямом включении,
• Восстанавливает заряд очень быстро, так как имеет низкое его значение.

Диод Шоттки изготавливается из таких материалов, как арсенид галлия, кремний, намного реже, но также может использоваться – германий. Выбор материала зависит от свойств, которые нужно получить, однако в любом случае максимальное обратное напряжение, на которое могут изготавливаться данные полупроводники, не выше 1200 вольт – это самые высоковольтные выпрямители. На практике же намного чаще их используют при более низком напряжении – 3, 5, 10 вольт.

Это означает сдвоенный элемент: два диода в одном корпусе с общим анодом или катодом, поэтому элемент имеет три вывода. В блоках питания используют такие конструкции с общим катодом, их удобно использовать в схемах выпрямителей. Часто на схемах рисуется маркировка обычного диода, но в описании указывается, что это Шоттки, поэтому нужно быть внимательными.

Диодные сборки с барьером Шоттки выпускаются трех типов:

1 тип – с общим катодом,

2 тип – с общим анодом,

3 тип – по схеме удвоения.

Такое соединение помогает увеличить надежность элемента: ведь находясь в одном корпусе, они имеют одинаковый температурный режим, что важно, если нужны мощные выпрямители, например, на 10 ампер.

Но есть и минусы. Все дело в том, что малое падение напряжения (0,2–0,4 в) у таких диодов проявляется на небольших напряжениях, как правило – 50–60 вольт. При более высоком значении они ведут себя как обычные диоды. Зато по току эта схема показывает очень хорошие результаты, ведь часто бывает необходимо – особенно в силовых цепях, модулях питания – чтобы рабочий ток полупроводников был не ниже 10а.

Еще один главный недостаток: для этих приборов нельзя превышать обратный ток даже на мгновение. Они тут же выходят из строя, в то время как кремниевые диоды, если не была превышена их температура, восстанавливают свои свойства.

Но положительного все-таки больше. Кроме низкого падения напряжения, диод Шоттки имеет низкое значение емкости перехода. Как известно: ниже емкость – выше частота. Такой диод нашел применение в импульсных блоках питания, выпрямителях и других схемах, с частотами в несколько сотен килогерц.

Вольтамперная характеристика светодиода (ВАХ)

ВАХ такого диода имеет несимметричный вид. Когда приложено прямое напряжение, видно, что ток растет по экспоненте, а при обратном – ток от напряжения не зависит.

Все это объясняется, если знать, что принцип работы этого полупроводника основан на движении основных носителей – электронов. По этой же самой причине эти приборы и являются такими быстродействующими: у них отсутствуют рекомбинационные процессы, свойственные приборам с p-n переходами. Для всех приборов, имеющих барьерную структуру, свойственна несимметричность ВАХ, ведь именно количеством носителей электрического заряда обусловлена зависимость тока от напряжения.

Как устроен диод Шоттки

Структура элемента включает в себя несколько частей:

• эпитаксиальный слой;
• подложка;
• охранное кольцо;
• металлическая пленка;
• барьер;
• внешний контакт.

Основа, как правило, изготавливается из кремния или арсенида галлия, но если требуется обеспечить схеме высокую устойчивость к изменению температурного режима, используется германий. В качестве материала для напыления применяется палладий, серебро, платина, вольфрам, алюминий или золото. Примечательно, что тыльная сторона полупроводника легируется сильнее. Уровень легирования и разновидность металла оказывают влияние на характеристики выпрямления.

Принцип работы основан на особенностях барьера. В полупроводнике, в контактной области, образуется слой, значительно обедненный электронами, но обладающий вентильными свойствами. Таким образом, появляется барьер для носителей заряда.

В зависимости от мощности существует несколько типов диодов Шоттки:

• малый;
• средний;
• высокий.

Исходя из конструктивных особенностей, различают виды для поверхностного или объемного монтажа, а также модули и выпрямительные аналоги. Выбирая выпрямительные компоненты, следует обращать внимание на показатели тока и напряжения, а также материал конструкции и способ монтирования. Также различают 3 вариации диодных сборок: модели с общим анодом, элементы с удвоением и тремя выводами, а также разновидности, которые имеют вывод с общего катода. Для всех типов действует ограничение допустимого обратного напряжения, величиной 1200 вольт.

Разновидности диодов Шоттки

Все полупроводниковые элементы, работающие по принципу барьера Шоттки, делятся по мощности на:

• высокой;
• средней;
• малой мощности.

Сдвоенный диод

На рисунке показан сдвоенный элемент, являющий собой по сути два элемента. Они расположены в едином корпусе, в одно целое соединены катодом или анодом. В этом случае чаще всего имеется три вывода диода. При идентичных параметрах собранных таким образом элементов обеспечивается надежность работы всего устройства, в первую очередь, за счет единой температуры.

Условное обозначение и характеристики

На схеме диод Шоттки имеет особое обозначение. Отличие от обычного состоит в том, что перекладина у треугольника имеет загнутые края. Не один, как у стабилитрона, а оба. И края эти загнуты в разные стороны. На рисунке приведено обозначение по ГОСТу.

Диод Шоттки на схеме: условное обозначение

Про характеристики уже говорили. Это три основных параметра:

• Падение напряжения при прямом переходе. Для диодов Шоттки оно ниже, чем у обычных кремневых. При мощности обратного пробоя до 100 В оно будет порядка 0,2-0,4 В (у кремниевых в среднем 0,6–07 В).
• Напряжение пробоя. Обычное значение — до 200 В, но есть и изделия с напряжением более 1000 вольт.
• 
  Параметры популярной серии диодов Шоттки 1N58**
• Обратный ток. В нормальных условиях (до 20 °C) он не слишком велик — порядка 0,05 мА, но при повышении температуры резко повышается.

Приведённые параметры — средние. Есть довольно серьёзный разбег и для каждого случая можно подобрать нужные характеристики по каждому из пунктов. Иногда ещё важен такой параметр, как скорость переключения (быстродействие).

Основные характеристики диодов

Для начала вспомним, что такое обычный диод и как он работает. Это полупроводниковый прибор, который стоит из двух зон. При определённых условиях через этот переход перемещаются электроны.

Устройство и обозначение диода

Основное свойство элемента — он пропускает ток в одном направлении, и не пропускает в другом. Диоды Шоттки имеет такие же характеристики, как и обычные. На некоторых заострим внимание поподробнее. Это падение напряжения, обратный ток, обратное напряжение, частота.

Диод Шоттки отличается от обычных кремниевых диодов

Диод Шоттки делают из кремния (Si), арсенида галлия (GaAs) и редко — на основе германия (Ge). Металл в соединении с полупроводником определяет многие параметры диода. Этим металлом, может быть, золото (Au), ралладий (Pd), платина (Pt), вольфрам (W) которые наносятся на полупроводники.

А также как и обычный диод соединение полупроводник-металл обладает односторонней проводимостью с рядом положительных, а также отрицательных качеств.

Вольт-амперная характеристика диода шоттки

Вольт-амперная характеристика диода Шоттки отличается от обычного полупроводникового большей нелинейностью.

Что дает использование соединения металл-полупроводник? Два положительных момента:

1. 1. Очень небольшое падение напряжения на прямом переходе — 0,2-0,4 В. Для кремниевого диода «среднее» значение этого параметра — 0,7 В.  Правда, малое падение напряжения имеют только приборы с небольшим напряжением пробоя — до 100 В. Для более мощных это падение только чуть ниже, чем у кремниевых.
   2. Высокое быстродействие. То есть, он быстро меняет своё состояние. Переход из открытого состояния в закрытое и обратно происходит за очень короткий промежуток времени и определяется только барьерной ёмкостью. Их применяют в системах коммутации, где важна скорость реакции.

Что такое диод Шоттки и как он обозначается на схеме

Есть у них и минусы. При повышении температуры у них значительно возрастает обратный ток.

Второй недостаток — при превышении максимально допустимого обратного напряжения происходит необратимый пробой. То есть, прибор выходит из строя. Есть и ещё один минус — малое падение прямого напряжения только у диодов Шоттки с малым напряжением пробоя (до сотни вольт). У вариантов с более высоким напряжением потери сравнимы с кремниевыми.

Применение в электронике

Такие свойства, как быстродействие и малое падение напряжения позволяет использовать диоды Шоттки в высокочастотных схемах. Например, в силовых высокочастотных выпрямителях (до сотен килогерц), где они работают как высокочастотные выпрямители. Применяют их и в усилителях звука, так как по сравнению с обычными диодами они дают меньший уровень помех.

Если вы посмотрите на плату источника питания, точно увидите диод Шоттки

Ещё одна область применения — составная часть более сложных полупроводниковых приборов. Например, МОП — транзисторы, диодные сборки и силовые диоды со встроенным диодом Шоттки имеют лучшие характеристики.

Сфера применения изделий велика, но наиболее часто их применяют в блоках питания компьютеров. А также в схемах для модуляции света в приёмниках излучения, солнечных батареях.

Отличия от обычного диода

Данный компонент пропускает электрический ток в одном направлении и не пропускает его в другом, как и другие классические диоды, но обеспечивает высокое быстродействие и малое падение напряжения при переходе.

Важнейшая особенность диода Шоттки – вместо привычного электронно-дырочного перехода применяется принцип контакта между металлическими и различными полупроводниковыми материалами, что положительно влияет на повышение рабочей частоты. Диффузная емкость и процесс рекомбинации не проявляются в области контакта, поскольку в так называемой переходной зоне отсутствуют неосновные носители заряда. Собственная емкость данного слоя при этом стремится к 0.

Таким образом, данные изделия являются СВЧ-диодами различного назначения:

• импульсными;
• лавинно-пролетными;
• смесительными;
• детекторными;
• умножительными;
• параметрическими.

Другая особенность заключается в том, что большая часть диодов Шоттки состоит из низковольтных и чувствительных к статическому напряжению моделей. Однако воспринимать это как категорический недостаток неверно, поскольку это дает возможность использовать данные средства для обработки радиосигналов малой мощности.

Наконец, такие изделия отличаются большей стабильностью при подаче электрического тока, чем прочие аналоги, поскольку в их корпус внедрены кристаллические образования (кремниевая подложка).

Обратное напряжение диода Шоттки

Итак, как вы помните, диод пропускает электрический ток только в одном направлении, а в другом направлении блокирует прохождение электрического тока до какого-то критического значения, называемым обратным напряжением диода.

Это значение можно найти в даташите

обратное напряжение диода

Для каждой марки диода оно разное

Если превысить это значение, то произойдет пробой, и диод выйдет из строя.

Миниатюризация

С развитием микроэлектроники стали широко применяться специальные микросхемы, однокристальные микропроцессоры. Все это не исключает использования навесных элементов. Однако если для этой цели использовать радиоэлементы обычных размеров, то это сведет на нет всю идею миниатюризации в целом. Поэтому были разработаны бескорпусные элементы – smd компоненты, которые в 10 и более раз меньше обычных деталей. ВАХ таких компонентов ничем не отличается от ВАХ обычных приборов, а их уменьшенные размеры позволяют использовать такие запчасти в различных микросборках.

Компоненты smd имеют несколько типоразмеров. Для ручной пайки подходят smd размера 1206. Они имеют размер 3,2 на 1,6 мм, что позволяет их впаивать самостоятельно. Другие элементы smd более миниатюрные, собираются на заводе специальным оборудованием, и самому, в домашних условиях, их паять невозможно.

Принцип работы smd компонента также не отличается от его большого аналога, и если, к примеру, рассматривать ВАХ диода, то она в одинаковой степени будет подходить для полупроводников любого размера. По току изготавливаются от 1 до 10 ампер. Маркировка на корпусе часто состоит из цифрового кода, расшифровка которого приводится в специальных таблицах. Протестировать на пригодность их можно тестером, как и большие аналоги.

Металл и полупроводник: особенности контакта

В контактной области полупроводниковых и металлических материалов эффект Шоттки приводит к образованию в полупроводнике слоя, сильно обеднённого электронами. Он обладает вентильными свойствами, присущими полупроводниковому p-n-переходу. Эта зона представляет собой преграду для носителей заряда, поэтому данные радиокомпоненты часто называют диодами с барьером Шоттки.

Элементы отличаются от обычных полупроводниковых вентилей следующими качествами:

1. пониженное падение напряжения при прямом смещении;
2. незначительная собственная ёмкость;
3. малый обратный ток;
4. низкое допустимое обратное напряжение.

При прямом смещении разность потенциалов на диоде Шоттки не превышает 0,5 В, тогда как на обычном выпрямительном вентиле падение напряжения составляет около 2-3 В. Это объясняется небольшим сопротивлением переходного участка между полупроводником и металлом. В таблице ниже представлены характеристики диодов Шоттки.

Хорошие частотные характеристики диодов Шоттки обусловлены отсутствием в переходной зоне неосновных носителей заряда. Из-за этого в контактной области не протекают обычные для чисто полупроводникового p-n-перехода процессы диффузии и рекомбинации дырок и электронов.

Следовательно, собственная ёмкость этого слоя стремится к нулю. Данное свойство делает диоды с барьером Шоттки предпочтительными для использования в высоко- и сверхвысокочастотных схемах, а также аппаратуре с импульсными режимами работы – всевозможных цифровых устройствах, системах управления электроникой и импульсных блоках питания.

Падение напряжения на диоде Шоттки

Если же подать прямой ток на диод, то на диоде будет “оседать” напряжение. Это падение напряжения называется прямым падением напряжения на диоде. В даташитах обозначается как Vf , то есть Voltage drop.

прямое падение напряжения на диоде

Если пропустить через такой диод прямой ток, то мощность, которая будет на нем рассеиваться, будет определяться формулой:

где

P – мощность, Вт

Vf – прямое падение напряжение на диоде, В

I – сила тока через диод, А

Поэтому, одним из главных преимуществ диода Шоттки является то, что его прямое падение напряжения намного меньше, чем у простого диода. Следовательно, он будет меньше рассеивать тепло, или простым языком, меньше нагреваться.

Давайте рассмотрим один из примеров. Возьмем диод 1N4007. Его прямое падение напряжения составляет 0,83 Вольт, что типично для простого полупроводникового диода.

падение напряжение на диоде в прямом включении

В настоящий момент через него проходит сила тока, равная 0,5 А. Давайте рассчитаем его рассеиваемую мощность в данный момент. P=0,83 x 0,5 = 0,415 Вт.

Если рассмотреть этот случай через тепловизор, то можно увидеть, что его температура корпуса составила 54,4 градуса по Цельсию.

Теперь давайте проведем тот же самый эксперимент с диодом Шоттки 1N5817. Как вы видите, его прямое падение напряжения составило примерно 0,35 В.

падение напряжения на диоде Шоттки при прямом включении

При прохождении силы тока через диод Шоттки в 0,5 А, мы получим рассеиваемую мощность P=0,5 x 0,35 = 0,175 Вт. При этом тепловизор нам покажет, что температура корпуса уже будет 38,2 градуса.

Следовательно, Шоттки намного эффективнее, чем простой полупроводниковый диод в плане пропускания через себя прямого тока, так как он обладает меньшим падением напряжения, а следовательно, меньше рассеивает тепло в окружающее пространство и меньше нагревается.

Прямое падение напряжения можно также посмотреть и в даташитах. Например, прямое падение напряжения на диоде Шоттки 1N5817 можно найти из графика зависимости прямого тока от падения напряжения на диоде Шоттки

график зависимости прямого тока от напряжения

В нашем случае если следовать графо-аналитическому способу, то мы как раз получаем значение 0,35 В

Диод Шоттки в ВЧ цепях

Также диоды Шоттки обладают быстрой скоростью переключения. Это значит, что мы можем использовать их в высокочастотных (ВЧ) цепях.

Итак, возьмем генератор частоты и выставим синус частотой в 60 Гц

Возьмем диод 1N4007 и диод Шоттки 1N5817. Подключим их по простой схеме однополупериодного выпрямителя

 и будем снимать с них показания

Как вы видите, оба они прекрасно справляются со своей задачей по выпрямлению сигнала на частоте в 60 Гц.

Но что будет, если мы увеличим частоту до 300 кГц?

Ого! Диод Шоттки более-менее справляется со своей задачей, что нельзя сказать о простом диоде 1N4007. Простой диод не может справиться со своей задачей не пропускать обратный ток, поэтому на осциллограмме мы видим отрицательный выброс

Отсюда можно сделать вывод: диоды Шоттки рекомендуется использовать в ВЧ цепях.

Обратный ток утечки

Но раз уж диоды Шоттки такие крутые, то почему бы их не использовать везде? Почему мы до сих пор используем простые диоды?

Если мы подключим диод в обратном направлении, то он будет блокировать прохождение электрического тока. Это верно, но не совсем. Очень маленький ток все равно будет проходить через диод. В некоторых случаях это не принимают во внимание. Этот маленький ток называется обратным током утечки. На английский манер это звучит как reverse leakage current.

Он очень мал, но имеет место быть.

Проведем простой опыт. Возьмем лабораторный блок питания, выставим на нем 19 В и подадим это напряжение на диод в обратном направлении

Замеряем ток утечки

обратный ток утечки диода

Как вы видите, его значение составляет 0,1 мкА.

Давайте теперь повторим этот же самый опыт с диодом Шоттки

обратный ток утечки диода Шоттки

Ого, уже почти 20 мкА! Ну да, в некоторых случаях это сущие копейки и ими можно пренебречь. Но есть схемы, где все-таки недопустим такой незначительный ток. Например, в схемах пикового детектора

схема пик детектора

В этом случае эти 20 мкА будут весьма значительны.

Но есть также еще один камень преткновения. С увеличением температуры обратный ток утечки возрастает в разы!

зависимость обратного тока утечки от температуры корпуса диода Шоттки

Поэтому, вы не можете использовать Шоттки везде в схемах.

Но и это еще не все. Обратное напряжение для диодов Шоттки в разы меньше, чем для простых выпрямительных диодов. Это можно также увидеть из даташита. Если для диода 1N4007 обратное напряжение составляет 1000 В

То для диода Шоттки 1N5817 это обратное напряжение уже будет составлять всего-то 20 В

Поэтому, если это напряжение превысит значение, которое описано в даташите, мы в итоге получим:

Низковольтные диоды

Особенность диодов Шоттки состоит в том, что они являются низковольтными. Если приложенная разность потенциалов превышает некоторый допустимый уровень, то в соответствии с квантовыми законами происходит пробой, который в обычном полупроводниковом радиокомпоненте может быть туннельным, лавинным или тепловым. После первых двух диод восстанавливается и продолжает исправно работать. Тепловой пробой означает фатальную поломку.

Мост из диодов Шоттки

Однако чувствительность этих радиокомпонентов не всегда является их недостатком. Например, благодаря этой характеристике диоды с барьером Шоттки используются в особо чувствительных гетеродинах, которые получают способность обрабатывать радиосигналы очень малой мощности.

Основные параметры:

1. Максимальное постоянное обратное напряжение;
2. Максимальное импульсное обратное напряжение;
3. Максимальный (средний) прямой ток;
4. Максимальный импульсный прямой ток;
5. Постоянное прямое напряжение на диоде при заданном прямом токе через него;
6. Обратный ток диода при предельном обратном напряжении;
7. Максимальная рабочая частота диода;
8. Время обратного восстановления;
9. Общая емкость диода.

В диодах с барьером Шоттки пробой всегда бывает только тепловым. Такова особенность металло-полупроводникового перехода. При большом обратном смещении элемент выходит из строя и нуждается в замене. Этим, кстати, объясняется сильная чувствительность диодов Шоттки к статическому электричеству – при их монтаже и обслуживании радиоаппаратуры с этими элементами необходимо заземлять спецодежду и инструменты.

Диод Шоттки на электросхеме

Производство диодов Шоттки

В качестве полупроводниковой составляющей используются стандартные материалы – кремний, германий и арсенид галлия. На них в процессе изготовления радиокомпонентов напыляются такие металлы, как золото, серебро, палладий, вольфрам. Именно эти элементы таблицы Менделеева обеспечивают достаточно высокий потенциальный барьер, определяющий функциональность диодов Шоттки. Германиевые радиокомпоненты показывают высокую устойчивость к изменению температурного режима, поэтому данный материал чаще кремния и арсенида галлия используется при производстве диодов для мощных схем питания. Зато кремниевые и галлиевые элементы демонстрируют лучшие частотные параметры.

Плюсы и минусы

При работе с устройствами, включающими в себя диод Шоттки, следует учитывать их положительные и отрицательные стороны. Если подключить его в качестве элемента электрической цепи, он будет прекрасно удерживать ток, не допуская его больших потерь.

К тому же, металлический барьер обладает минимальной емкостью. Это значительно увеличивает износостойкость и срок службы самого диода. Падение напряжения при его использовании минимально, а действие происходит очень быстро — стоит только провести подключение.

Однако большой процент обратного тока является очевидным недостатком. Поскольку многие электроприборы обладают высокой чувствительностью, нередки случаи, когда небольшое превышение показателя, всего лишь на пару А, способно надолго вывести прибор из строя. Также, при небрежной проверке напряжения полупроводника, может произойти утечка самого диода.

Отличие от других полупроводников

Достоинство такого стабилитрона в том, что потери напряжения на нем ниже – всего 0,2 – 0, 4 вольта, тогда как, например, у обычных полупроводниковых элементов с кремнием – 0,6–0,7 вольта.

Кроме этого они отличаются более стабильной работой при подаче тока. Внутрь корпуса помещаются специальные кристаллы. Это очень тонкая работа, которую выполняют только запрограммированные роботы.

Наглядно, как отличить стабилитрон Шоттки от остальных с помощью мультиметра:

Источники

• https://LampaSveta.com/svetodiody/diod-shottki
• https://electricvdele.ru/elektrooborudovanie/komponenty/diod-shottki.html
• https://www.RadioElementy.ru/articles/diody-shottki-chto-eto-takoe-chem-otlichaetsya-kak-rabotaet/
• https://principraboty.ru/princip-raboty-dioda-shottki-chto-tako-diod-shottki/
• https://elektroznatok.ru/info/elektronika/diod-s-barerom-shottki
• https://www.RusElectronic.com/schottky-diode/
• https://ElectroInfo.net/poluprovodniki/kak-rabotaet-diod-s-barerom-shottki.html
• https://batteryk.com/diod-shottki-printsip-raboty

[свернуть]

Янв 25, 2021HowElektrik

Диоды шоттки характеристики и параметры

Диод Шоттки — полупроводниковый диод с малым падением напряжения при прямом включении. Назван в честь немецкого физика Вальтера Шоттки. В специальной литературе часто используется более полное название — Диод с барьером Шоттки.

В диодах Шоттки в качестве барьера Шоттки используется переход металл-полупроводник, в отличие от обычных диодов, где используется p-n-переход. Переход металл-полупроводник обладает рядом особенных свойств (отличных от свойств полупроводникового p-n-перехода). К ним относятся: пониженное падение напряжения при прямом включении, высокий ток утечки, очень маленький заряд обратного восстановления. Последнее объясняется тем, что по сравнению с обычным p-n-переходом у таких диодов отсутствует диффузия, связанная с инжекцией неосновных носителей, т.е. они работают только на основных носителях, а их быстродействие определяется только барьерной ёмкостью.

Диоды Шоттки изготавливаются обычно на основе кремния (Si) или арсенида галлия (GaAs), реже — на основе германия (Ge). Выбор металла для контакта с полупроводником определяет многие параметры диода Шоттки. В первую очередь — это величина контактной разности потенциалов, образующейся на границе металл-полупроводник. При использовании диода Шоттки в качестве детектора она определяет его чувствительность, а при использовании в смесителях — необходимую мощность гетеродина. Поэтому чаще всего используются металлы Ag, Au, Pt, Pd, W, которые наносятся на полупроводник и дают величину потенциального барьера 0,2. 0,9 эВ.

Допустимое обратное напряжение выпускаемых диодов Шоттки ограничено 1200 вольтами (CSD05120 и аналоги), на практике большинство диодов Шоттки применяются в низковольтных цепях при обратном напряжении порядка единиц и нескольких десятков вольт.

Содержание

Свойства диодов Шоттки [ править | править код ]

Номенклатура диодов Шоттки [ править | править код ]

Диоды Шоттки — составные части современных дискретных полупроводниковых приборов:

• МОП-транзисторы со встроенным обратным диодом Шоттки (впервые выпущены компанией International Rectifier под торговой маркой FETKY в 1996) — основной компонент синхронных выпрямителей. В отличие от обычного МОП-транзистора, обратный диод которого отличается высоким прямым падением напряжения и посредственными временны́ми характеристиками (так как представляет собой обычный диод на p-n переходе, образуемый областями стока и подложкой, объединённой с истоком), использование обратного диода Шоттки позволяет строить силовые синхронные выпрямители с частотой преобразования в сотни кГц и выше. Существуют приборы этого класса со встроенными драйверами затворов и устройствами управления синхронным выпрямлением.
• Так называемые ORing [3] -диоды и ORing-сборки — силовые диоды и диодные сборки, применяемые для объединения параллельных источников питания общей нагрузки в устройствах повышенной надёжности (логическое ИЛИ по питанию). Отличаются особо низким, нормируемым прямым падением напряжения. Например, специализированный миниатюрный диод MBR140 (30 В, 1 А) при токе 100 мА имеет прямое падение напряжения не более 360 мВ при +25 °C и 300 мВ при +85 °C. ORing-диоды характеризуются относительно большой площадью p-n-перехода и низкими удельными плотностями тока.

Диод Шоттки (также правильно Шотки, сокращённо ДШ) — полупроводниковый диод с малым падением напряжения при прямом включении. Диоды Шоттки используют переход металл-полупроводник в качестве барьера Шоттки (вместо p-n перехода, как у обычных диодов). Допустимое обратное напряжение промышленно выпускаемых диодов Шоттки ограничено 250 В (MBR40250 и аналоги), на практике большинство диодов Шоттки применяется в низковольтных цепях при обратном напряжении порядка единиц и нескольких десятков вольт.

Принцип работы: Выпрямительный переход создаётся слоем металла (обычно золота, платины, алюминия или палладия), нанесённого на поверхность слаболегированного полупроводника. Применяемый металл и уровень легирования влияют на характеристики выпрямления. Свойство выпрямления возникает вследствие разности энергетических уровней материалов. Тыльная сторона полупроводника легируется сильнее, а контакт с обратной стороны называется омическим, так как энергетические уровни материалов очень близки, и область контакта по своим свойствам напоминает резистор. Ток течёт через диод Шотки вследствие того, что под воздействием прямого напряжения смещения /?-л-перехода электроны в металле преодолевают потенциальный барьер. Поэтому диоды Шотки называются также диодами с «горячими» носителями заряда.

Ток в полупроводниковом материале представляет собой поток электронов. Электроны — основные носители заряда, и скорость протекания тока выше, чем в/7-материале плоскостного диода. Поэтому диоды Шотки — самые быстродействующие из всех диодов. Поскольку в области перехода отсутствуют неосновные носители заряда, диод запирается сразу же, как только прикладываемое напряжение снижается до нуля. Однако процесс заряда ёмкости перехода вызывает протекание обратного тока. Эта ёмкость весьма мала, поэтому и обратный ток имеет чрезвычайно низкую величину. Диоды Шотки характеризуются практически нулевым временем прямого и обратного восстановления, потому что их проводимость не зависит от неосновных носителей заряда.

Технология изготовления диодов Шотки заключается в нанесении на пластину низкоомного кремния эпитаксиальной пленки с электропроводностью того же типа. На поверхность пленки вакуумным напылением наносят слой металла.

27. Вертикальная структура транзистора Шоттки.

Наибольшее распространение получили транзисторы, имеющие вертикальную структуру, в которой все выводы от областей транзистора расположены в одной плоскости на поверхности подложки Такая структура называется планарной.

Биполярный транзистор в цифровых интегральных микросхемах обычно выполняет функцию ключа, и все время работает либо в режиме насыщения, либо в режиме отсечки. В режиме насыщения происходит накопление неосновных носителей заряда в базе транзистора, а также в коллекторной области. Процессы накопления неосновных носителей и их последующего рассасывания при переводе транзистора в режим отсечки связаны с относительно медленным процессом диффузии неосновных носителей заряда. Инерционность этих процессов определяет скорость переключения транзистора из включенного состояния в выключенное и обратно, т. е. скорость срабатывания схемы.

Для ускорения процесса накопления и рассасывания неосновных носителей заряда целесообразно ограничить их накопление. Достичь этого можно путем шунтирования коллекторного перехода транзистора диодом Шоттки, т. е. диодом с выпрямляющим электрическим переходом между металлом и полупроводником. Структура такого интегрального транзистора показана на рис. 7.5.

Рис. 7.5. Структура транзистора с диодом Шоттки

Алюминиевый электрод образует с p-областью базы омический переход, а переход между алюминиевым электродом и относительно высокоомной n-областью коллектора получается выпрямляющим. Из-за неравенства работ выхода электронов из алюминия и из кремния с электропроводностью n-типа и в результате химической обработки поверхности кремниевого кристалла на контакте для электронов возникает потенциальный барьер, несколько меньший высоты потенциального барьера на коллекторном переходе. Поэтому при прямом смещении коллекторного перехода и соответственно при прямом смещении диода Шоттки основная часть прямого тока коллектора будет проходить через диод Шоттки. Этот ток связан с движением электронов из n-области коллектора в металлический электрод и не сопровождается инжекцией дырок в n-область коллектора. Таким образом, в высокоомной области коллектора практически не происходит накопления неосновных носителей заряда.

Изготовление интегрального транзистора с диодом Шоттки не требует введения дополнительных технологических операций. Необходимо лишь изменить соответствующим образом фотошаблон, применяемый при проведении фотолитографии для снятия диоксида кремния под контакты, и расширить слой напыляемого алюминия за металлургическую границу коллекторного перехода. Однако при снятии диоксида кремния в месте выхода коллекторного перехода на поверхность монокристалла кремния и при обработке этой поверхности перед нанесением алюминиевой металлизации следует предотвратить возможность загрязнения p-n-перехода коллектора неконтролируемыми примесями.

Диоды Шоттки: описание, принцип работы, схема, основные параметры, применение, характеристики

В конце 30-х годов XX века немецкий физик Вальтер Шоттки обнаружил, что внешнее электрическое поле заставляет свободные электроны покидать зону проводимости и в буквальном смысле выходить из твёрдого тела. Данная квантовая зависимость впоследствии была названа именем её первооткрывателя и теперь известна, как эффект Шоттки.

Несмотря на то, что открытие германского учёного относится к области теоретической физики, оно находит применение в практической радиотехнике и лежит в основе функциональности таких радиокомпонентов, как диоды Шоттки. Их отличие от обычных электрических вентилей заключается в отсутствии классического полупроводникового p-n-перехода. Его роль играет контакт между полупроводником и металлом.

Металл и полупроводник: особенности контакта.

В контактной области полупроводниковых и металлических материалов эффект Шоттки приводит к образованию в полупроводнике слоя, сильно обеднённого электронами. Он обладает вентильными свойствами, присущими полупроводниковому p-n-переходу. Эта зона представляет собой преграду для носителей заряда, поэтому данные радиокомпоненты часто называют диодами с барьером Шоттки.

Элементы отличаются от обычных полупроводниковых вентилей следующими качествами:

1. пониженное падение напряжения при прямом смещении;
2. незначительная собственная ёмкость;
3. малый обратный ток;
4. низкое допустимое обратное напряжение.

При прямом смещении разность потенциалов на диоде Шоттки не превышает 0,5 В, тогда как на обычном выпрямительном вентиле падение напряжения составляет около 2-3 В. Это объясняется небольшим сопротивлением переходного участка между полупроводником и металлом.

Хорошие частотные характеристики диодов Шоттки обусловлены отсутствием в переходной зоне неосновных носителей заряда. Из-за этого в контактной области не протекают обычные для чисто полупроводникового p-n-перехода процессы диффузии и рекомбинации дырок и электронов. Следовательно, собственная ёмкость этого слоя стремится к нулю. Данное свойство делает диоды с барьером Шоттки предпочтительными для использования в высоко- и сверхвысокочастотных схемах, а также аппаратуре с импульсными режимами работы – всевозможных цифровых устройствах, системах управления электроникой и импульсных блоках питания.

Низковольтные диоды.

Особенность диодов Шоттки состоит в том, что они являются низковольтными. Если приложенная разность потенциалов превышает некоторый допустимый уровень, то в соответствии с квантовыми законами происходит пробой, который в обычном полупроводниковом радиокомпоненте может быть туннельным, лавинным или тепловым. После первых двух диод восстанавливается и продолжает исправно работать. Тепловой пробой означает фатальную поломку.

В диодах с барьером Шоттки пробой всегда бывает только тепловым. Такова особенность металло-полупроводникового перехода. При большом обратном смещении элемент выходит из строя и нуждается в замене. Этим, кстати, объясняется сильная чувствительность диодов Шоттки к статическому электричеству – при их монтаже и обслуживании радиоаппаратуры с этими элементами необходимо заземлять спецодежду и инструменты.

Однако чувствительность этих радиокомпонентов не всегда является их недостатком. Например, благодаря этой характеристике диоды с барьером Шоттки используются в особо чувствительных гетеродинах, которые получают способность обрабатывать радиосигналы очень малой мощности.

Основные параметры.

1. Максимальное постоянное обратное напряжение;
2. Максимальное импульсное обратное напряжение;
3. Максимальный (средний) прямой ток;
4. Максимальный импульсный прямой ток;
5. Постоянное прямое напряжение на диоде при заданном прямом токе через него;
6. Обратный ток диода при предельном обратном напряжении;
7. Максимальная рабочая частота диода;
8. Время обратного восстановления;
9. Общая емкость диода.

Производство диодов Шоттки.

В качестве полупроводниковой составляющей используются стандартные материалы – кремний, германий и арсенид галлия. На них в процессе изготовления радиокомпонентов напыляются такие металлы, как золото, серебро, палладий, вольфрам. Именно эти элементы таблицы Менделеева обеспечивают достаточно высокий потенциальный барьер, определяющий функциональность диодов Шоттки.

Германиевые радиокомпоненты показывают высокую устойчивость к изменению температурного режима, поэтому данный материал чаще кремния и арсенида галлия используется при производстве диодов для мощных схем питания. Зато кремниевые и галлиевые элементы демонстрируют лучшие частотные параметры.

Что такое диод шоттки, его характеристики и способ проверки мультиметром. Диод Шоттки. Особенности и обозначение на схеме

Во время сборки блоков питания и преобразователей напряжения для автомобильных усилителей часто возникает проблема с выпрямлением тока с трансформатора. Раздобыть мощные импульсные диоды довольно серьезная проблема, поэтому решил напечатать статью, в которой приводится полный перечень и парметры мощных диодов Шоттки. Некоторое время назад лично у меня возникла проблема с выпрямителем преобразователя для авто усилителя. Преобразователь довольно мощный (500-600 ватт), частота выходного напряжения 60кГц, любой распространенный диод, который можно найти в старом хламе, сразу сгорит, как спичка. Единственным доступным вариантом в то время были отечественные КД213А. Диоды достаточно хорошие, держат до 10 Ампер, рабочая частота в пределах 100кГц, но и они под нагрузкой страшно перегревались.

На самом деле мощные диоды можно найти почти у каждого. Компьютерный БП является , который питает целый компьютер. Как правило их делают с мощностью от 200 ватт до 1кВт и более, а поскольку компьютер питается от постоянного тока, значит в блоке питания должен быть выпрямитель. В современных блоках питания для выпрямления напряжения используют мощные диодные сборки Шоттки — именно у них минимальный спад напряжения на переходе и возможность работы в импульсных схемах, где рабочая частота намного выше сетевых 50 Герц. Недавно на халяву принесли несколько блоков питания, откуда и были сняты диоды для этого небольшого обзора. В компьютерных блоках питания можно найти самые разные диодные сборки, единичных диодов тут почти не бывает — в одном корпусе два мощных диода, часто (почти всегда) с общим катодом. Вот некоторые из них:

D83-004 (ESAD83-004) — Мощная сборка из диодов Шоттки, обратное напряжение 40 Вольт, допустимый ток 30А, в импульсном режиме до 250А — пожалуй, один из самых мощных диодов, который можно встретить в компьютерных блоках питания.

STPS3045CW — Сдвоенный диод Шоттки, ток выпрямленный 15A, прямое напряжение 570мВ, обратный ток утечки 200мкА, напряжение обратное постоянное 45 Вольт.

Основные диоды Шоттки, которые встречаются в блоках питания

Шоттки TO-220 SBL2040CT 10A x 2 =20A 40V Vf=0.6V при 10A
Шоттки TO-247 S30D40 15A x 2 =30A 40V Vf=0.55V при 15A
Ультрафаст TO-220 SF1004G 5A x 2 =10A 200V Vf=0.97V при 5A
Ультрафаст TO-220 F16C20C 8A x 2 =16A 200V Vf=1.3V при 8A
Ультрафаст SR504 5A 40V Vf=0.57
Шоттки TO-247 40CPQ060 20A x 2 =40A 60V Vf=0.49V при 20A
Шоттки TO-247 STPS40L45C 20A x 2 =40A 45V Vf=0.49V
Ультрафаст TO-247 SBL4040PT 20A x 2 =40A 45V Vf=0.58V при 20A
Шоттки TO-220 63CTQ100 30A x 2 =60A 100 Vf=0.69V при 30A
Шоттки TO-220 MBR2545CT 15A x 2 =30A 45V Vf=0.65V при 15A
Шоттки TO-247 S60D40 30A x 2 =60A 40-60V Vf=0.65V при 30A
Шоттки TO-247 30CPQ150 15A x 2 =30A 150V Vf=1V при 15A
Шоттки TO-220 MBRP3045N 15A x 2 =30A 45V Vf=0.65V при 15A
Шоттки TO-220 S20C60 10A x 2 =20A 30-60V Vf=0.55V при 10A
Шоттки TO-247 SBL3040PT 15A x 2 =30A 30-40V Vf=0.55V при 15A
Шоттки TO-247 SBL4040PT 20A x 2 =40A 30-40V Vf=0.58V при 20A
Ультрафаст TO-220 U20C20C 10A x 2 =20A 50-200V Vf=0.97V при 10A

Существуют и современные отечественные диодные сборки на большой ток. Вот их маркировка и внутренняя схема:

Также выпускаются , которые можно использовать например в БП ламповых усилителей и другой аппаратуры с повышенным питанием. Список приведён ниже:

Высоковольтные силовые диоды Шоттки с напряжением до 1200 В

Хотя более предпочтительным является применение диодов Шоттки в низковольтных мощных выпрямителях с выходными напряжениями в пару десятков вольт, на высоких частотах переключения.

Диоды Шоттки или более точно — диоды с барьером Шоттки — это полупроводниковые приборы, выполненные на базе контакта металл-полупроводник, в то время как в обычных диодах используется полупроводниковый p-n-переход.

Диод Шоттки обязан своим названием и появлением в электронике немецкому физику изобретателю Вальтеру Шоттки, который в 1938 году, изучая только что открытый барьерный эффект, подтвердил выдвинутую ранее теорию, согласно которой хоть эмиссии электронов из металла и препятствует потенциальный барьер, но по мере увеличения прикладываемого внешнего электрического поля этот барьер будет снижаться. Вальтер Шоттки открыл этот эффект, который затем и назвали эффектом Шоттки, в честь ученого.

Исследуя контакт металла и полупроводника можно видеть, что если вблизи поверхности полупроводника имеется область обедненная основными носителями заряда, то в области контакта этого полупроводника с металлом со стороны полупроводника образуется область пространственного заряда ионизированных акцепторов и доноров, при этом реализуется блокирующий контакт — тот самый барьер Шоттки. В каких условиях возникает этот барьер? Ток термоэлектронной эмиссии с поверхности твердого тела определяет уравнение Ричардсона:

Создадим условия, когда при контакте полупроводника, например n-типа, с металлом термодинамическая работа выхода электронов из металла была бы больше, чем термодинамическая работа выхода электронов из полупроводника. В таких условиях, в соответствии с уравнением Ричардсона, ток термоэлектронной эмиссии с поверхности полупроводника окажется больше, чем ток термоэлектронной эмиссии с поверхности металла:

В начальный момент времени, при контакте названных материалов, ток от полупроводника в металл превысит обратный ток (из металла в полупроводник), в результате чего в приповерхностных областях как полупроводника, так и металла — станут накапливаться объемные заряды — положительные в полупроводнике и отрицательные — в металле. В контактной области возникнет электрическое поле, образованное этими зарядами, и будет иметь место изгиб энергетических зон.

Под действием поля термодинамическая работа выхода для полупроводника возрастет, и возрастание будет происходить до тех пор, пока в контактной области не уравняются термодинамические работы выхода, и соответствующие им токи термоэлектронной эмиссии применительно к поверхности.

Картина перехода к равновесному состоянию с формированием потенциального барьера для полупроводника p-типа и металла аналогична рассмотренному примеру с полупроводником n-типа и металла. Роль внешнего напряжения — регулировка высоты потенциального барьера и напряженности электрического поля в области пространственного заряда полупроводника.

На рисунке выше представлены зонные диаграммы различных этапов формирования барьера Шоттки. В условиях равновесия в области контакта токи термоэлектронной эмиссии выравнялись, вследствие эффекта поля возник потенциальный барьер, высота которого равна разности термодинамических работ выхода: φк = ФМе — Фп/п.

Очевидно, вольт-амперная характеристика для барьера Шоттки получается несимметричной. В прямом направлении ток растет по экспоненте вместе с ростом прикладываемого напряжения. В обратном направлении ток не зависит от напряжения. В обоих случаях ток обусловлен электронами в качестве основных носителей заряда.

Диоды Шоттки поэтому отличаются быстродействием, ведь в них исключены диффузные и рекомбинационные процессы, требующие дополнительного времени. С изменением числа носителей и связана зависимость тока от напряжения, ибо в процессе переноса заряда участвуют эти носители. Внешнее напряжение меняет число электронов, способных перейти с одной стороны барьера Шоттки на другую его сторону.

Вследствие технологии изготовления и на основе описанного принципа действия, — диоды Шоттки имеют малое падение напряжения в прямом направлении, значительно меньшее чем у традиционных p-n-диодов.

Здесь даже малый начальный ток через контактную область приводит к выделению тепла, которое затем способствует появлению дополнительных носителей тока. При этом отсутствует инжекция неосновных носителей заряда.

У диодов Шоттки поэтому отсутствует диффузная емкость, поскольку нет неосновных носителей, и как следствие — быстродействие достаточно высокое по сравнению с полупроводниковыми диодами. Получается подобие резкого несимметричного p-n-перехода.

Таким образом, прежде всего диоды Шоттки — это СВЧ-диоды различного назначения: детекторные, смесительные, лавинно-пролетные, параметрические, импульсные, умножительные. Диоды Шоттки можно применять в качестве приемников излучения, тензодатчиков, детекторов ядерного излучения, модуляторов света, и наконец — выпрямителей высокочастотного тока.

Обозначение диода Шоттки на схемах

Диоды Шоттки сегодня

На сегодняшний день диоды Шоттки распространены весьма широко в электронных устройствах. На схемах они изображаются по иному, чем обычные диоды. Часто можно встретить сдвоенные выпрямительные диоды Шоттки, выполненные в трехвыводном корпусе свойственном силовым ключам. Такие сдвоенные конструкции содержат внутри два диода Шоттки, объединенные катодами или анодами, чаще — катодами.

Диоды в сборке имеют очень близкие параметры, поскольку каждая такая сборка изготавливается единым технологическим циклом, и в итоге их рабочий температурный режим одинаков, соответственно выше и надежность. Прямое падение напряжения 0,2 — 0,4 вольта наряду с высоким быстродействием (единицы наносекунд) — несомненные преимущества диодов Шоттки перед p-n-собратьями.

Особенность барьера Шоттки в диодах, применительно к малому падению напряжения, проявляется при приложенных напряжениях до 60 вольт, хотя быстродействие остается непоколебимым. Сегодня диоды Шоттки типа 25CTQ045 (на напряжение до 45 вольт, на ток до 30 ампер для каждого из пары диодов в сборке) можно встретить во многих импульсных источниках питания, где они служат в качестве силовых выпрямителей для токов частотой до нескольких сотен килогерц.

Нельзя не затронуть тему недостатков диодов Шоттки, они конечно есть, и их два. Во-первых, кратковременное превышение критического напряжения мгновенно выведет диод из строя. Во-вторых, температура сильно влияет на максимальный обратный ток. При очень высокой температуре перехода диод просто пробьет даже при работе под номинальным напряжением.

Ни один радиолюбитель не обходится без диодов Шоттки в своей практике. Здесь можно отметить наиболее популярные диоды: 1N5817, 1N5818, 1N5819, 1N5822, SK12, SK13, SK14. Эти диоды есть как в выводном исполнении, так и в SMD. Главное, за что радиолюбители их так ценят — высокое быстродействие и малое падение напряжения на переходе — максимум 0,55 вольт — при невысокой цене данных компонентов.

Редкая печатная плата обходится без диодов Шоттки в том или ином назначении. Где-то диод Шоттки служит в качестве маломощного выпрямителя для цепи обратной связи, где-то — в качестве стабилизатора напряжения на уровне 0,3 — 0,4 вольт, а где-то является детектором.

В приведенной таблице вы можете видеть параметры наиболее распространенных сегодня маломощных диодов Шоттки.

Развитие электроники требует все более высоких стандартов от радиодеталей. Для работы на высоких частотах используют диод Шоттки, который по своим параметрам превосходит кремниевые аналоги. Иногда можно встретить название диод с барьером Шоттки, что в принципе означает то же самое.

• Конструкция
• Миниатюризация
• Использование на практике

Конструкция

Отличается диод Шоттки от обыкновенных диодов своей конструкцией, в которой используется металл-полупроводник, а не p-n переход. Понятно, что свойства здесь разные, а значит, и характеристики тоже должны отличаться.

Действительно, металл-полупроводник обладает такими параметрами:

• Имеет большое значение тока утечки;
• Невысокое падение напряжения на переходе при прямом включении;
• Восстанавливает заряд очень быстро, так как имеет низкое его значение.

Диод Шоттки изготавливается из таких материалов, как арсенид галлия, кремний; намного реже, но также может использоваться – германий. Выбор материала зависит от свойств, которые нужно получить, однако в любом случае максимальное обратное напряжение, на которое могут изготавливаться данные полупроводники, не выше 1200 вольт – это самые высоковольтные выпрямители. На практике же намного чаще их используют при более низком напряжении – 3, 5, 10 вольт.

На принципиальной схеме диод Шоттки обозначается таким образом:

Но иногда можно увидеть и такое обозначение:

Это означает сдвоенный элемент: два диода в одном корпусе с общим анодом или катодом, поэтому элемент имеет три вывода. В блоках питания используют такие конструкции с общим катодом, их удобно использовать в схемах выпрямителей. Часто на схемах рисуется маркировка обычного диода, но в описании указывается, что это Шоттки, поэтому нужно быть внимательными.

Диодные сборки с барьером Шоттки выпускаются трех типов:

1 тип – с общим катодом;

2 тип – с общим анодом;

3 тип – по схеме удвоения.

Для экономии на платежах за электроэнергию наши читатели советуют «Экономитель энергии Electricity Saving Box». Ежемесячные платежи станут на 30-50% меньше, чем были до использования экономителя. Он убирает реактивную составляющую из сети, в результате чего снижается нагрузка и, как следствие, ток потребления. Электроприборы потребляют меньше электроэнергии, снижаются затраты на ее оплату.

Такое соединение помогает увеличить надежность элемента: ведь находясь в одном корпусе, они имеют одинаковый температурный режим, что важно, если нужны мощные выпрямители, например, на 10 ампер.

Но есть и минусы. Все дело в том, что малое падение напряжения (0,2–0,4 в) у таких диодов проявляется на небольших напряжениях, как правило – 50–60 вольт. При более высоком значении они ведут себя как обычные диоды. Зато по току эта схема показывает очень хорошие результаты, ведь часто бывает необходимо – особенно в силовых цепях, модулях питания – чтобы рабочий ток полупроводников был не ниже 10а.

Еще один главный недостаток: для этих приборов нельзя превышать обратный ток даже на мгновение. Они тут же выходят из строя, в то время как кремниевые диоды, если не была превышена их температура, восстанавливают свои свойства.

Но положительного все-таки больше. Кроме низкого падения напряжения, диод Шоттки имеет низкое значение емкости перехода. Как известно: ниже емкость – выше частота. Такой диод нашел применение в импульсных блоках питания, выпрямителях и других схемах, с частотами в несколько сотен килогерц.

ВАХ такого диода имеет несимметричный вид. Когда приложено прямое напряжение, видно, что ток растет по экспоненте, а при обратном – ток от напряжения не зависит.

Все это объясняется, если знать, что принцип работы этого полупроводника основан на движении основных носителей – электронов. По этой же самой причине эти приборы и являются такими быстродействующими: у них отсутствуют рекомбинационные процессы, свойственные приборам с p-n переходами. Для всех приборов, имеющих барьерную структуру, свойственна несимметричность ВАХ, ведь именно количеством носителей электрического заряда обусловлена зависимость тока от напряжения.

Миниатюризация

С развитием микроэлектроники стали широко применяться специальные микросхемы, однокристальные микропроцессоры. Все это не исключает использования навесных элементов. Однако если для этой цели использовать радиоэлементы обычных размеров, то это сведет на нет всю идею миниатюризации в целом. Поэтому были разработаны бескорпусные элементы – smd компоненты, которые в 10 и более раз меньше обычных деталей. ВАХ таких компонентов ничем не отличается от ВАХ обычных приборов, а их уменьшенные размеры позволяют использовать такие запчасти в различных микросборках.

Компоненты smd имеют несколько типоразмеров. Для ручной пайки подходят smd размера 1206. Они имеют размер 3,2 на 1,6 мм, что позволяет их впаивать самостоятельно. Другие элементы smd более миниатюрные, собираются на заводе специальным оборудованием, и самому, в домашних условиях, их паять невозможно.

Принцип работы smd компонента также не отличается от его большого аналога, и если, к примеру, рассматривать ВАХ диода, то она в одинаковой степени будет подходить для полупроводников любого размера. По току изготавливаются от 1 до 10 ампер. Маркировка на корпусе часто состоит из цифрового кода, расшифровка которого приводится в специальных таблицах. Протестировать на пригодность их можно тестером, как и большие аналоги.

Использование на практике

Выпрямители Шоттки используется в импульсных блоках питания, стабилизаторах напряжения, импульсных выпрямителях. Самыми требовательными по току – 10а и более – это напряжения 3,3 и 5 вольт. Именно в таких цепях вторичного питания приборы Шоттки используют чаще всего. Для усиления значений по току их включают вместе по схеме с общим анодом или катодом. Если каждый из сдвоенных диодов будет на 10 ампер, то получится значительный запас прочности.

Одна из самых частых неисправностей импульсных модулей питания – выход из строя этих самых диодов. Как правило, они либо полностью пробиваются, либо дают утечку. В обоих случаях неисправный диод нужно заменить, после чего проверить мультиметром силовые транзисторы, а также замерить напряжения питания.

Тестирование и взаимозаменяемость

Проверить выпрямители Шоттки можно так же, как и обычные полупроводники, так как они имеют похожие характеристики. Мультиметром необходимо прозвонить его в обе стороны – он должен показать себя так же, как и обычный диод: анод-катод, при этом утечек быть не должно. Если он показывает даже незначительное сопротивление – 2–10 килоом, это уже повод для подозрений.

Диод с общим анодом или катодом можно проверить как два обычных полупроводника, соединенных вместе. Например, если анод общий, то это будет одна ножка из трех. На анод ставим один щуп тестера, другие ножки – это разные диоды, на них ставится другой щуп.

Можно ли его заменить на другой тип? В некоторых случаях диоды Шоттки меняют на обычные германиевые. К примеру, Д305 при токе 10 ампер давал падение всего 0,3 вольта, а при токах 2–3 ампера их вообще можно ставить без радиаторов. Но главная цель установки Шоттки – это не малое падение, а низкая емкость, поэтому заменить получится не всегда.

Как видим, электроника не стоит на месте, и дальнейшие варианты применения быстродействующих приборов будет только увеличиваться, давая возможность разрабатывать новые, более сложные системы.

К многочисленному семейству полупроводниковых диодов названных по фамилиям учёных, которые открыли необычный эффект, можно добавить ещё один. Это диод Шоттки.

Немецкий физик Вальтер Шоттка открыл и изучил так называемый барьерный эффект возникающий при определённой технологии создания перехода металл-полупроводник.

Основной «фишкой» диода Шоттки является то, что в отличие от обычных диодов на основе p-n перехода, здесь используется переход металл-полупроводник, который ещё называют барьером Шоттки. Этот барьер, так же, как и полупроводниковый p-n переход, обладает свойством односторонней электропроводимости и рядом отличительных свойств.

В качестве материала для изготовления диодов с барьером Шоттки преимущественно используется кремний (Si) и арсенид галлия (GaAs), а также такие металлы как золото, серебро, платина, палладий и вольфрам.

На принципиальных схемах диод Шоттки изображается вот так.

Как видим, его изображение несколько отличается от обозначения обычного полупроводникового диода .

Кроме такого обозначения на схемах можно встретить и изображение сдвоенного диода Шоттки (сборки).

Сдвоенный диод – это два диода смонтированных в одном общем корпусе. Выводы катодов или анодов у них объединены. Поэтому такая сборка, как правило, имеет три вывода. В импульсных блоках питания обычно применяются сборки с общим катодом.

Так как два диода размещены в одном корпусе и выполнены в едином технологическом процессе, то их параметры очень близки. Поскольку они размещены в едином корпусе, то и температурный режим их одинаков. Это увеличивает надёжность и срок службы элемента.

У диодов Шоттки есть два положительных качества: весьма малое прямое падение напряжения (0,2-0,4 вольта) на переходе и очень высокое быстродействие.

К сожалению, такое малое падение напряжения проявляется при приложенном напряжении не более 50-60 вольт. При дальнейшем его повышении диод Шоттки ведёт себя как обычный кремниевый выпрямительный диод. Максимальное обратное напряжение для Шоттки обычно не превышает 250 вольт, хотя в продаже можно встретить образцы, рассчитанные и на 1,2 киловольта (VS-10ETS12-M3).

Так, сдвоенный диод Шоттки (Schottky rectifier) 60CPQ150 рассчитан на максимальное обратное напряжение 150V, а каждый из диодов сборки способен пропустить в прямом включении 30 ампер!

Также можно встретить образцы, выпрямленный за полупериод ток которых может достигать 400А максимум! Примером может служит модель VS-400CNQ045.

Очень часто в принципиальных схемах сложное графическое изображение катода попросту опускают и изображают диод Шоттки как обычный диод. А тип применяемого элемента указывают в спецификации.

К недостаткам диодов с барьером Шоттки можно отнести то, что даже при кратковременном превышении обратного напряжения они мгновенно выходят из строя и главное необратимо. В то время как кремниевые силовые вентили после прекращения действия превышенного напряжения прекрасно самовосстанавливаются и продолжают работать. Кроме того обратный ток диодов очень сильно зависит от температуры перехода. На большом обратном токе возникает тепловой пробой.

К положительным качествам диодов Шоттки кроме высокого быстродействия, а, следовательно, малого времени восстановления можно отнести малую ёмкость перехода (барьера), что позволяет повысить рабочую частоту. Это позволяет использовать их в импульсных выпрямителях на частотах в сотни килогерц. Очень много диодов Шоттки находят своё применение в интегральной микроэлектронике. Выполненные по нано технологии диоды Шоттки входят в состав интегральных схем, где они шунтируют переходы транзисторов для повышения быстродействия.

В радиолюбительской практике прижились диоды Шоттки серии 1N581x (1N5817, 1N5818, 1N5819). Все они рассчитаны на максимальный прямой ток (I F(AV) ) – 1 ампер и обратное напряжение (V RRM ) от 20 до 40 вольт. Падение напряжения (V F ) на переходе составляет от 0,45 до 0,55 вольт. Как уже говорилось, прямое падение напряжения (Forward voltage drop ) у диодов с барьером Шоттки очень мало.

Также достаточно известным элементом является 1N5822. Он рассчитан на прямой ток в 3 ампера и выполнен в корпусе DO-201AD.

Также на печатных платах можно встретить диоды серии SK12 – SK16 для поверхностного монтажа . Они имеют довольно небольшие размеры. Несмотря на это SK12-SK16 выдерживают прямой ток до 1 ампера при обратном напряжении 20 – 60 вольт. Прямое падение напряжения составляет 0,55 вольт (для SK12, SK13, SK14) и 0,7 вольт (для SK15, SK16). Также на практике можно встретить диоды серии SK32 – SK310, например, SK36 , который рассчитан на прямой ток 3 ампера.

Применение диодов Шоттки в источниках питания.

Диоды Шоттки активно применяются в блоках питания компьютеров и импульсных стабилизаторах напряжения . Среди низковольтных питающих напряжений самыми сильноточными (десятки ампер) являются напряжения +3,3 вольта и +5,0 вольт. Именно в этих вторичных источниках питания и используются диоды с барьером Шоттки. Чаще всего используются трёхвыводные сборки с общим катодом. Именно применение сборок может считаться признаком высококачественного и технологичного блока питания.

Выход из строя диодов Шоттки одна из наиболее часто встречающихся неисправностей в импульсных блоках питания. У него может быть два «дохлых» состояния: чистый электрический пробой и утечка. При наличии одного из этих состояний блок питания компьютера блокируется, так как срабатывает защита. Но это может происходить по-разному.

В первом случае все вторичные напряжения отсутствуют. Защита заблокировала блок питания. Во втором случае вентилятор «подёргивается» и на выходе источников питания периодически то появляются пульсации напряжения, то пропадают.

То есть схема защиты периодически срабатывает, но полной блокировки источника питания при этом не происходит. Диоды Шоттки гарантированно вышли из строя, если радиатор, на котором они установлены, разогрет очень сильно до появления неприятного запаха. И последний вариант диагностики связанный с утечкой: при увеличении нагрузки на центральный процессор в мультипрограммном режиме блок питания самопроизвольно отключается.

Следует иметь в виду, что при профессиональном ремонте блока питания после замены вторичных диодов, особенно с подозрением на утечку, следует проверить все силовые транзисторы выполняющие функцию ключей и наоборот: после замены ключевых транзисторов проверка вторичных диодов является обязательной процедурой. Всегда необходимо руководствоваться принципом: беда одна не приходит.

Проверка диодов Шоттки мультиметром.

Проверить диод Шоттки можно с помощью рядового мультиметра. Методика такая же, как и при проверке обычного полупроводникового диода с p-n переходом. Но и тут есть подводные камни. Особенно трудно проверить диод с утечкой. Прежде всего, элемент необходимо выпаять из схемы для более точной проверки. Достаточно легко определить полностью пробитый диод. На всех пределах измерения сопротивления неисправный элемент будет иметь бесконечно малое сопротивление, как в прямом, так и в обратном включении. Это равносильно короткому замыканию.

Сложнее проверить диод с подозрением на «утечку». Если проводить проверку мультиметром DT-830 в режиме «диод», то мы увидим совершенно исправный элемент. Можно попробовать измерить в режиме омметра его обратное сопротивление. На пределе «20кОм» обратное сопротивление определяется как бесконечно большое. Если же прибор показывает хоть какое-то сопротивление, допустим 3 кОм, то этот диод следует рассматривать как подозрительный и менять на заведомо исправный. Стопроцентную гарантию может дать полная замена диодов Шоттки по шинам питания +3,3V и +5,0V.

Где ещё в электронике используются диоды Шоттки? Их можно обнаружить в довольно экзотических приборах, таких как приёмники альфа и бета излучения, детекторах нейтронного излучения, а в последнее время на барьерных переходах Шоттки собирают панели солнечных батарей. Так, что они питают электроэнергией и космические аппараты.

Диод Шоттки — Характеристики, параметры и применение

Диод — один из основных компонентов, которые обычно используются в конструкциях электронных схем, его обычно можно встретить в выпрямителях, клипперах, зажимах и многих других широко используемых схемах. Это двухконтактное полупроводниковое устройство, которое позволяет току течь только в одном направлении, а именно от анода к катоду (+ к -), и блокирует ток в обратном направлении, то есть от катода к аноду. Причина в том, что он имеет ок.Нулевое сопротивление в прямом направлении и бесконечное сопротивление в обратном направлении. Существует много типов диодов, каждый со своими уникальными свойствами и возможностями применения. Мы уже узнали о стабилитронах и их работе, в этой статье мы узнаем о другом интересном типе диода, который называется Schottky Diode , и о том, как его можно использовать в наших схемах.

Диод Шоттки (названный в честь немецкого физика Вальтера Х. Шоттки) — это другой тип полупроводникового диода, но вместо PN перехода диод Шоттки имеет переход металл-полупроводник, что снижает емкость и увеличивает скорость переключения диода Шоттки. , и этим он отличается от других диодов.Диод Шоттки также имеет другие названия, такие как диод с поверхностным барьером , диод с барьером Шоттки, диод с горячим носителем или диод с горячими электронами .

Символ диода Шоттки

Символ диода Шоттки основан на общем символе диода, но вместо прямой линии он имеет S-образную структуру на отрицательном конце диода, как показано ниже. Это условное обозначение можно легко использовать, чтобы отличить диод Шоттки от других диодов при чтении принципиальной схемы.На протяжении всей статьи мы будем сравнивать диод Шоттки с обычным диодом для лучшего понимания.

Даже по внешнему виду компонента диод Шоттки похож на обычный диод, и часто бывает трудно определить разницу, не прочитав на нем номер детали. Но в большинстве случаев диод Шоттки будет казаться немного громоздким, чем обычные диоды, но это не всегда так. Изображение выводов диода Шоттки показано ниже.

Что делает диод Шоттки особенным?

Как обсуждалось ранее, диод Шоттки выглядит и работает очень похоже на обычный диод, но уникальными характеристиками диода Шоттки являются очень низкое падение напряжения и высокая скорость переключения . Чтобы лучше понять это, давайте подключим диод Шоттки и обычный диод к идентичной схеме и и проверим, как она работает.

На приведенных выше изображениях у нас есть две схемы: одна для диода Шоттки, а другая — для типичного диода с PN переходом.Эти схемы будут использоваться для различения падений напряжения на обоих диодах. Таким образом, левая цепь предназначена для диода Шоттки, а правая — для типичного диода с PN-переходом. Оба диода запитаны 5В. Когда ток проходит от обоих диодов, диод Шоттки имеет падение напряжения только 0,3 В и оставляет 4,7 В для нагрузки, с другой стороны, типичный диод с PN-переходом имеет падение напряжения 0,7 В и оставляет 4,3 В для нагрузка. Таким образом, диод Шоттки имеет на меньшее падение напряжения, чем обычный диод с PN-переходом .За исключением падения напряжения, диод Шоттки также имеет некоторые другие преимущества по сравнению с типичным диодом с PN-переходом, таким как диод Шоттки, с более высокой скоростью переключения на , меньшим шумом и лучшими характеристиками , чем типичный диод с PN-переходом.

Недостатки диода Шоттки

Если диод Шоттки имеет очень низкое падение напряжения и высокую скорость переключения, обеспечивая лучшую производительность, тогда зачем нам вообще нужны диоды с обычным P-N переходом? Почему бы просто не использовать диод Шоттки во всех схемах?

Хотя это правда, что диоды Шоттки лучше, чем диоды с P-N переходом, и постепенно они становятся более предпочтительными, чем диоды с P-N переходом.Два основных недостатка диода Шоттки — это его , низкое обратное напряжение пробоя и , высокий обратный ток утечки по сравнению с обычным диодом. Это делает его непригодным для коммутации высокого напряжения. Также диоды Шоттки сравнительно на дороже на , чем обычные выпрямительные диоды.

Диод Шоттки против выпрямительного диода

Краткое сравнение PN-диода и диода Шоттки приведено в таблице ниже:

PN-переходной диод	Диод Шоттки
Диод с PN-переходом — это биполярное устройство . означает, что токопроводимость происходит за счет как неосновных, так и основных носителей заряда.	В отличие от диода с PN-переходом, диод Шоттки является униполярным устройством . означает, что токопроводимость происходит только за счет основных носителей заряда.
PN-диод имеет переход полупроводник-полупроводник.	В то время как диод Шоттки имеет перехода металл-полупроводник.
PN-переходный диод имеет большое падение напряжения .	Диод Шоттки имеет малое падение напряжения .
Высокий По государственным потерям.	Low On состояния потерь.
Медленная скорость переключения.	Быстрая скорость переключения.
Высокое напряжение включения (0,7 В)	Низкое напряжение включения (0,2 В)
Высокое обратное напряжение блокировки	Низкое обратное напряжение блокировки
Низкий обратный ток	Большой обратный ток

Структура диода Шоттки Диоды Шоттки

построены с использованием перехода металл-полупроводник , как показано на рисунке ниже.Диоды Шоттки имеют соединение металла с одной стороны перехода и легированный кремний с другой стороны, поэтому диод Шоттки не имеет обедненного слоя . Из-за этого свойства диоды Шоттки известны как униполярные устройства, в отличие от типичных диодов с PN-переходом, которые являются биполярными устройствами.

Базовая структура диода Шоттки показана на изображении выше. Как вы можете видеть на изображении, диод Шоттки имеет металлическое соединение на одной стороне, которое может варьироваться от платины до вольфрама, молибдена, золота и т. Д.и полупроводник N-типа с другой стороны. Когда соединение металла и полупроводник N-типа объединяются, они создают переход металл-полупроводник. Этот переход известен как Барьер Шоттки . Ширина барьера Шоттки зависит от типа металлических и полупроводниковых материалов, которые используются при формировании перехода.

Барьер Шоттки работает по-разному в несмещенном, прямом или обратном смещении. В состоянии прямого смещения , когда положительный вывод батареи соединен с металлом, а отрицательный вывод соединен с полупроводником n-типа, диод Шоттки пропускает ток.Но в состоянии обратного смещения , когда положительная клемма батареи соединена с полупроводником n-типа, а отрицательная клемма соединена с металлом, диод Шоттки блокирует ток. Однако, если напряжение обратного смещения превысит определенный уровень, сломает барьер , и ток начнет течь в обратном направлении, и это может повредить компоненты, подключенные к диоду Шоттки.

V-I характеристики диода Шоттки

Одной из важных характеристик, которую следует учитывать при выборе диода, является график зависимости прямого напряжения (В) от прямого тока (I).График VI наиболее популярных диодов Шоттки 1N5817, 1N5818 и 1N5819 показан ниже

.

Характеристики

V-I диода Шоттки очень похожи на типичный диод с PN-переходом. Наличие более низкого падения напряжения, чем у типичного диода с PN-переходом, позволяет диоду Шоттки потреблять меньшее напряжение, чем типичный диод. Из приведенного выше графика вы можете видеть, что 1N517 имеет наименьшее прямое падение напряжения по сравнению с двумя другими, также можно отметить, что падение напряжения увеличивается с увеличением тока через диод.Даже для 1N517 при максимальном токе 30 А падение напряжения на нем может достигать 2 В. Следовательно, эти диоды обычно используются в слаботочных приложениях.

Параметры, которые следует учитывать при выборе диода Шоттки

Каждый инженер-конструктор должен выбрать правильный диод Шоттки в соответствии с потребностями его применения. Для схем выпрямления потребуются диоды высокого напряжения, низкого / среднего тока и низкой частоты.Для схем переключения номинальная частота диода должна быть высокой.

Некоторые общие и важные параметры диода, о которых следует помнить, перечислены ниже:

Падение напряжения в прямом направлении: Падение напряжения при включении диода с прямым смещением является падением напряжения в прямом направлении. Это зависит от разных диодов. Для диода Шоттки обычно предполагается, что напряжение включения составляет около 0,2 В.

Напряжение обратного пробоя: Определенная величина напряжения обратного смещения, после которой диод выходит из строя и начинает проводить в обратном направлении, называется напряжением обратного пробоя.Напряжение обратного пробоя для диода Шоттки составляет около 50 вольт.

Время обратного восстановления: Это время, необходимое для переключения диода из его прямого проводящего состояния или состояния «ВКЛ» в обратное состояние «ВЫКЛ». Наиболее важным различием между типичным диодом с PN-переходом и диодом Шоттки является время обратного восстановления. В типичном диоде с PN-переходом время обратного восстановления может варьироваться от нескольких микросекунд до 100 наносекунд. У диодов Шоттки нет времени восстановления, потому что диод Шоттки не имеет обедненной области на переходе.

Обратный ток утечки: Ток, проводимый полупроводниковым устройством при обратном смещении, является обратным током утечки. В диоде Шоттки повышение температуры значительно увеличивает обратный ток утечки.

Применение диода Шоттки Из-за своих уникальных свойств диоды Шоттки

находят множество применений в электронной промышленности. Вот некоторые из приложений:

1.Цепи ограничения / ограничения напряжения

Схемы ограничителей и схемы фиксаторов обычно используются в приложениях для формирования волн. Низкое падение напряжения делает диод Шоттки полезным в качестве ограничивающего диода.

2. Защита от обратного тока и разряда

Как мы знаем, диод Шоттки также называется блокирующим диодом , потому что он блокирует ток в обратном направлении; его можно использовать в качестве защиты от разряда.Например, в Emergency Flash Light, диод Шоттки используется между суперконденсатором и двигателем постоянного тока, чтобы предотвратить разряд суперконденсатора через двигатель постоянного тока.

3. Цепи выборки и хранения

Диоды Шоттки с прямым смещением не имеют неосновных носителей заряда, и благодаря этому они могут переключаться быстрее, чем обычные диоды с PN-переходом. Таким образом, диоды Шоттки используются, потому что они имеют меньшее время перехода от выборки к шагу удержания, и это приводит к более точной выборке на выходе.

4. Выпрямитель мощности

Диоды Шоттки

имеют высокую плотность тока, а низкое прямое падение напряжения означает, что меньше энергии тратится впустую, чем у типичного диода с PN переходом, и это делает диоды Шоттки более подходящими для силовых выпрямителей.

Далее вы можете найти практическое применение диода во многих схемах, перейдя по ссылке.

Общие сведения о характеристиках диода Шоттки Технические характеристики »Электроника

Хотя диоды Шоттки имеют много общих параметров с другими формами диодов, их характеристики отличаются, как и некоторые технические характеристики и параметры.

---

Учебное пособие по диодам с барьером Шоттки Включает:
диод с барьером Шоттки Технология диодов Шоттки Характеристики диода Шоттки Выпрямитель мощности на диоде Шоттки

Другие диоды: Типы диодов

---

Хотя диод Шоттки имеет много общих характеристик с более традиционными формами диодов, он все же имеет некоторые существенные отличия.

Понимание спецификаций и параметров диодов Шоттки помогает использовать их наиболее эффективно в любых схемах, в которых они могут использоваться.

Обозначение схемы диода с барьером Шоттки

Основные характеристики диода Шоттки

Диод Шоттки является основным носителем, т.е. электронами в материале N-типа.

Это дает ему значительное преимущество с точки зрения скорости, поскольку он не зависит от рекомбинации дырок или электронов, когда они попадают в область противоположного типа, как в случае обычного диода.

Кроме того, уменьшив размеры устройств, можно уменьшить постоянную времени обычного RC-типа, что сделает эти диоды на порядок быстрее, чем обычные PN-диоды.Этот фактор является основной причиной того, почему они так популярны в радиочастотных приложениях, а также во многих других энергетических приложениях, где важна скорость переключения, например в импульсных источниках питания.

Диод Шоттки также имеет гораздо более высокую плотность тока, чем обычный PN переход. Это означает, что прямое падение напряжения намного меньше. Это делает диод идеальным для использования в выпрямительных устройствах.

Основным недостатком диода Шоттки является уровень его обратного пробоя, который намного ниже, чем у диода PN.

Другой недостаток — относительно высокий уровень обратного тока. Для многих случаев использования это может не быть проблемой, но это фактор, на который стоит обратить внимание при использовании в более требовательных приложениях.

Общая ВАХ показана ниже. Можно видеть, что диод Шоттки имеет типичную характеристику прямого полупроводникового диода, но с гораздо более низким напряжением включения. При высоких уровнях тока он выравнивается и ограничивается последовательным сопротивлением или максимальным уровнем подачи тока.В обратном направлении происходит пробой выше определенного уровня. Механизм аналогичен ударно-ионизационному пробою в PN-переходе.

Диод Шоттки ВАХ

ВАХ обычно такая, как показано ниже. В прямом направлении ток растет экспоненциально, имея излом или напряжение включения около 0,2 В. В обратном направлении наблюдается больший уровень обратного тока, чем при использовании более обычного диода с PN-переходом.

Кроме того, напряжение обратного пробоя также обычно ниже, чем у эквивалентного кремниевого диода с PN переходом.

ВАХ диода Шоттки

Использование защитного кольца, включенного в структуру некоторых диодов Шоттки, улучшает его характеристики как в прямом, так и в обратном направлении.

Основным преимуществом включения защитного кольца в конструкцию является улучшение характеристики обратного пробоя. Разница в напряжении пробоя между ними составляет около 4: 1.Некоторые малосигнальные диоды без защитного кольца могут иметь обратный пробой всего от 5 до 10 В. Хотя это может быть приемлемо для некоторых приложений с низким уровнем сигнала, это не идеально для большинства ситуаций.

Основные характеристики и параметры диода Шоттки

Есть несколько ключевых характеристик диодов Шоттки, которые необходимо понимать при использовании этих диодов — они сильно отличаются от характеристик обычного диода с PN переходом.

• Прямое падение напряжения: Ввиду низкого прямого падения напряжения на диоде, этот параметр вызывает особую озабоченность.Как видно из ВАХ диода Шоттки, напряжение на диоде изменяется в зависимости от протекающего тока. Соответственно, любая приведенная спецификация обеспечивает прямое падение напряжения для заданного тока. Обычно предполагается, что напряжение включения составляет около 0,2 В.
• Обратный пробой: Диоды Шоттки не имеют высокого напряжения пробоя. Цифры, относящиеся к этому, включают максимальное пиковое обратное напряжение, максимальное постоянное напряжение блокировки и другие аналогичные названия параметров.При превышении этих значений существует вероятность обратного пробоя диода. Следует отметить, что среднеквадратичное значение для любого напряжения будет в 1 / √2 раза больше постоянного значения. Верхний предел обратного пробоя невысок по сравнению с обычными диодами с PN переходом. Максимальные значения, даже для выпрямительных диодов, достигают только около 100 В. Выпрямители на диодах Шоттки редко превышают это значение, потому что устройства, которые будут работать выше этого значения даже в умеренных количествах, будут демонстрировать прямое напряжение, равное или превышающее эквивалентные выпрямители с PN переходом.
• Емкость: Параметр емкости имеет большое значение для ВЧ-приложений с малым сигналом. Обычно площади переходов диодов Шоттки небольшие, и поэтому емкость мала. Типичные значения в несколько пикофарад являются нормальными. Поскольку емкость зависит от любых областей истощения и т. Д., Емкость должна быть указана при заданном напряжении.
• Время обратного восстановления: Этот параметр важен, когда диод используется в приложении переключения.Это время, необходимое для переключения диода из его прямого проводящего состояния или состояния «ВКЛ» в обратное состояние «ВЫКЛ». Заряд, который течет в течение этого времени, называется «зарядом обратного восстановления». Время для этого параметра для диода Шоттки обычно измеряется в наносекундах, нс. Некоторые выставляют времена 100 пс. Фактически, то небольшое время восстановления, которое требуется, в основном связано с емкостью, а не с рекомбинацией основных носителей. В результате наблюдается очень небольшой выброс обратного тока при переключении из состояния прямой проводимости в состояние блокировки обратного хода.
• Обратный ток утечки: Параметр обратной утечки может быть проблемой для диодов Шоттки. Установлено, что повышение температуры значительно увеличивает параметр тока обратной утечки. Обычно на каждые 25 ° C повышения температуры диодного перехода происходит увеличение обратного тока на порядок величины при том же уровне обратного смещения.
• Рабочая температура: Максимальная рабочая температура соединения Tj обычно ограничивается диапазоном от 125 до 175 ° C.Это меньше того, что можно использовать с обычными кремниевыми диодами. Следует позаботиться о том, чтобы теплоотвод силовых диодов не допускал превышения этого значения.

Обзор характеристик диода Шоттки

Диод Шоттки используется во многих приложениях из-за его характеристик, которые заметно отличаются от некоторых характеристик более широко используемых стандартных диодов с PN переходом.

Диод Шоттки / Сравнение диодов PN
Характеристика	Диод Шоттки	PN Соединительный диод
Механизм прямого тока	Перевозка основных транспортных средств.	Из-за диффузионных токов, т.е. переноса неосновных носителей заряда.
Обратный ток	Результат от большинства перевозчиков, преодолевших барьер. Это меньше зависит от температуры, чем для стандартного PN-перехода.	Результат диффузии неосновных носителей заряда через обедненный слой. Имеет сильную температурную зависимость.
Включить напряжение	Малый — около 0,2 В.	Сравнительно большие — около 0.7 В.
Скорость переключения	Fast — в результате использования основных носителей, поскольку рекомбинация не требуется.	Ограничено временем рекомбинации введенных неосновных носителей.

Пример технических характеристик диода Шоттки

Чтобы дать некоторое представление об ожидаемых характеристиках диодов Шоттки, ниже приводится пара реальных примеров. В них обобщены основные технические характеристики, чтобы дать представление об их производительности.

1N5828 Силовой выпрямительный диод с барьером Шоттки

Этот диод описывается как диод Шоттки стержневого типа, то есть для выпрямления мощности. Он показывает, как работает силовой диод Шоттки.

Типичные характеристики / технические характеристики диода Шоттки 1N5258
Характеристика	Типичное значение	Блок	Детали
Максимальное рекуррентное пиковое обратное напряжение	40	В
Максимальное напряжение блокировки постоянного тока	40	В
Средний прямой ток, IF (AV)	15	А	Т = 100 ° С
Пиковый прямой импульсный ток, IFSM	500	А
Максимальное мгновенное прямое напряжение, VF	0.5	В	При IFM = 15 A и Tj = 25 ° C
Максимальный мгновенный обратный ток при номинальном напряжении блокировки, IR	10 250	мА	Tj = 25 ° C Tj = 125 ° C

1N5711 Диод переключения с барьером Шоттки

Этот диод описывается как сверхбыстрый переключающийся диод с высоким уровнем обратного пробоя, низким прямым падением напряжения и защитным кольцом для защиты перехода.

Типовой 1N5711 Характеристики / Технические характеристики
Характеристика	Типичное значение	Блок	Детали
Макс.напряжение блокировки постоянного тока, Vr	70	В
Максимальный постоянный ток в прямом направлении, Ifm	15	мА
Напряжение обратного пробоя, В (BR) R	70	В	@ обратный ток 10 мкА
Обратный ток утечки, IR	200	мкА	При VR = 50 В
Прямое падение напряжения, VF	0.41 1,00	В	при IF = 1,0 мА IF = 15 мА
Емкость перехода, Cj	2,0	пФ	VR = 0 В, f = 1 МГц
Время обратного восстановления, trr	1	нС

Несмотря на то, что приведенные здесь примеры дают характеристику обратного напряжения 40 В, что довольно типично, обычно можно получить максимум около 100 В.

Следует отметить, что даже несмотря на то, что эти цифры приведены в качестве примеров цифр, которые можно ожидать для типичных диодов Шоттки, цифры даже для данного номера устройства также будут незначительно отличаться у разных производителей.

Другие электронные компоненты:
Резисторы Конденсаторы Индукторы Кристаллы кварца Диоды Транзистор Фототранзистор Полевой транзистор Типы памяти Тиристор Разъемы Разъемы RF Клапаны / трубки Аккумуляторы Переключатели Реле
Вернуться в меню «Компоненты».. .

Диод Шоттки — работа, характеристики, применение

Что такое диод Шоттки?

Диод Шоттки — это устройство, которое относится к типу диодов с переходом металл-полупроводник. Барьерный диод и низковольтные диоды — это другие названия диодов Шоттки. По сравнению с диодом с PN переходом падение мощности в диоде Шоттки меньше. Ученый по имени Уолтер Шоттки первым открыл диод Шоттки.

Обычно в устройстве с PN-переходом, когда положительный тип (p-тип) и отрицательный тип (n-тип) соединяются вместе, они образуют PN-переход.Однако в диоде Шоттки вместо полупроводников P-типа используются такие материалы, как алюминий или платина.

Символ диода Шоттки

На следующем изображении показан символ диода Шоттки.

Работа диода Шоттки

Наиболее важным физическим параметром этого диода Шоттки является их высокая скорость переключения и меньшее прямое падение напряжения. Это переход металл-полупроводник, который не способен накапливать заряды на стыке.Причина в отсутствии истощенного слоя.

Обычно падение напряжения происходит на выводах диода, когда через диод протекает ток. Падение напряжения на диоде Шоттки обычно составляет от 0,15 до 0,45 В по сравнению с обычным диодом. Нормальный диод с PN переходом имеет падение напряжения от 0,6 до 1,7 вольт. Для повышения эффективности и производительности падение напряжения должно быть низким. При изготовлении диода полупроводник N-типа действует как катод, а металлическая сторона действует как анод диода.

Когда на диод подается напряжение, ток течет в прямом направлении. Когда этот ток протекает через диод, на выводах диода будет минимальная потеря напряжения. Эта потеря напряжения называется падением напряжения.

Конструкция диода Шоттки

Изготовлен из металла и полупроводника, образующих односторонний переход. Используется немного металлов, таких как золото, серебро, молибден, вольфрам или платина. Обычно используется полупроводник N-типа, в состав которого входит галлий.Кремний используется для работы на низких частотах.

Диод Шоттки напрямую связан с понижением температуры. В полупроводниках N-типа происходит уменьшение и увеличение температурной концентрации легирования. Между переходами полупроводники-металл образуется обедненный слой, известный как барьер Шоттки.

Этот барьер называется барьером потенциальной энергии. Барьеры Шоттки двух типов: выпрямляющие и непрямые. Когда металл и легированный полупроводник встречаются друг с другом, образуется барьер Шоттки.Последовательно, когда металл сталкивается с сильно легированным полупроводником, он образует непрямой барьер. Ширина обедненного слоя увеличивается с увеличением легирования полупроводника. В то же время при уменьшении ширины носители заряда проходят через туннель и достигают обедненного слоя. Когда уровень легирования увеличивается, переход не действует как выпрямитель, а становится омическим контактом.

В несмещенном состоянии электроны, накопленные на стороне полупроводника, будут иметь более низкий уровень энергии, чем электроны, присутствующие на металлической области.По этой причине электроны не могут проходить через барьер Шоттки. В условиях прямого смещения электрон, присутствующий на N-стороне, получает больше энергии, чтобы пересечь барьер перехода и войти в металл. Из-за этого электроны еще называют горячими носителями. Следовательно, диод называется диодом с горячей несущей.

Диод Шоттки можно представить в виде эквивалентной электрической схемы с типичными значениями компонентов, показанными ниже.

Указанная выше схема свернута, как показано ниже.Эта приближенная схема используется во многих приложениях.

Особенности диода Шоттки

• Из-за отсутствия тока от металла к полупроводнику N-типа он действует как униполярный прибор. В то время как диод с PN-переходом является биполярным устройством.
• В металле нет дырок, не накапливает заряд. По этой причине диод Шоттки имеет преимущество быстрого переключения с относительно низким уровнем шума.
• Имеет низкий барьерный потенциал по сравнению с PN-диодом.

Работа диода Шоттки

Несмещенный диод Шоттки

Свободные электроны, присутствующие внутри полупроводника n — типа, будут перемещаться из полупроводника n — типа в металл во время комбинации металла и полупроводника n — типа. Это приводит к достижению состояния равновесия. Когда свободные электроны перемещаются через соединение, он предоставляет дополнительный электрон атомам, присутствующим в атоме.

Благодаря этому атомы, присутствующие в металлическом переходе, получают дополнительный электрон.Атомы на переходе с отрицательной стороны теряют электроны и становятся положительными ионами. На стыке металла атомы получают дополнительные электроны и пытаются стать отрицательными ионами.

Следовательно, это приведет к образованию положительных ионов на отрицательной стороне и отрицательных ионов на положительной стороне металлического перехода. Когда эти положительные и отрицательные ионы объединяются, образуется область истощения. В несмещенном диоде Шоттки только меньшее количество электронов будет течь от полупроводника к металлу.Другой поток электронов останавливается из-за встроенного напряжения.

Диод Шоттки с прямым смещением

В полупроводнике n-типа, когда положительная клемма батареи соединена с металлом, а отрицательная клемма соединена с проводом n-типа, он называется диодом Шоттки с прямым смещением. Когда на диод подается напряжение прямого смещения, в металле и проводнике образуется больше электронов.

При приложении напряжения более 0,2 В свободные электроны не могут проходить через барьер перехода.Благодаря этому через диод будет течь ток. При увеличении значения напряжения область истощения становится тонкой и исчезает.

Диод Шоттки с обратным смещением

В полупроводнике n-типа, если отрицательная клемма батареи соединена с металлом, а положительная клемма соединена с проводом n-типа, это называется диодом Шоттки с обратным смещением. В то же время, если приложено обратное напряжение смещения, ширина обедненной области увеличивается.

Следовательно, текущий поток останавливается.В металлической пластине будет больше возбужденных электронов. Из-за этого будет протекать небольшой ток утечки. Когда напряжение обратного смещения увеличивается, ток также увеличивается из-за слабого барьера. Когда имеет место ненормальное увеличение напряжения смещения, электрический ток также внезапно увеличивается. Устройство будет повреждено, когда выйдет из строя область истощения.

Вольт-амперные характеристики диода с барьером Шоттки

Вольт-амперные характеристики диода Шоттки показаны на рисунке ниже.Вдоль графика вертикальная линия обозначает ток, а горизонтальная линия обозначает напряжение, приложенное к диоду Шоттки. Вольт-амперные характеристики диода Шоттки практически аналогичны характеристикам диода с P-N переходом.

Тем не менее, прямое падение напряжения диода Шоттки очень мало по сравнению с диодом с P-N переходом. Прямое падение напряжения составляет от 0,3 до 0,5 вольт. Барьер прямого падения напряжения выполнен из кремния. Прямое падение напряжения пропорционально концентрации легирования полупроводника N-типа.Из-за высокой концентрации носителей тока ВАХ диода Шоттки более крутая.

Применение диода Шоттки

Диоды Шоттки используются в электронной промышленности для многих применений в диодных выпрямителях из-за своих свойств. Они используются для ограничения напряжения, чтобы предотвратить насыщение транзистора. Он используется как TTL Шоттки в цифровых устройствах, поскольку эти устройства требуют быстрого переключения. поскольку производительность цифровых компьютеров определяется скоростью переключения диодов, диод Шоттки является важным компонентом цифровых компьютеров.

Характеристики диода Шоттки и его применение

Ⅰ Введение

Диоды Шоттки названы в честь их изобретателя, доктора Шоттки, сокращенно от барьерный диод Шоттки (сокращенно SBD ). SBD изготавливается не по принципу формирования PN-перехода путем контакта полупроводника P-типа с полупроводником N-типа, а по переходу металл-полупроводник, основанному на принципе контакта металл-полупроводник.Поэтому SBD также называют диодом металл-полупроводник или диодом с поверхностным барьером, который является диодом с горячим носителем .

В этом видео будут представлены характеристики и применение диода Шоттки

Каталог

---

Ⅱ Терминология

2.1 Принцип работы

Диод Шоттки — это прибор из металла и полупроводника . (золото, серебро, алюминий, платина и др.)) в качестве положительного электрода A, полупроводник N-типа в качестве отрицательного электрода B и барьер, имеющий выпрямляющую характеристику, сформированный на его контактной поверхности. Поскольку в полупроводнике N-типа присутствует большое количество электронов, в благородном металле присутствует только очень небольшое количество свободных электронов, в результате электроны диффундируют от высокой концентрации B к низкой концентрации A. И дырки нет. в A, следовательно, нет диффузионного движения отверстий из A в B.По мере того, как электрон непрерывно диффундирует от B к A, концентрация электронов на поверхности B постепенно уменьшается, разрушая электрическую нейтральность поверхности, и формируется потенциальный барьер, а направление его электрического поля изменяется от B к A. Однако под действием этого электрического поля электроны в A также будут вызывать дрейфовое движение от A к B, что ослабляет электрическое поле, образованное диффузионным движением. Когда устанавливается определенная область пространственного заряда, дрейфовое движение электронов, вызванное электрическим полем, и диффузионное движение электронов, вызванное различными концентрациями, достигают относительного баланса, что является принципом формирования SBD.

Символ диода Шоттки

Структура внутренней схемы типичного диода Шоттки основана на полупроводнике N-типа, на котором сформирован N-эпитаксиальный слой с использованием мышьяка в качестве легирующей примеси. Анод изготовлен из такого материала, как молибден или алюминий, для образования барьерного слоя, а SiO2 используется для устранения электрического поля в краевой области и увеличения выдерживаемого напряжения трубки. Подложка N-типа имеет небольшое сопротивление в открытом состоянии, а ее концентрация легирования в 100 раз выше, чем у H-слоя.Катодный слой N + формируется под подложкой для уменьшения контактного сопротивления катода. Регулируя структурные параметры, между подложкой N-типа и анодным металлом формируется барьер Шоттки. Когда прямое смещение прикладывается к обоим концам барьера Шоттки (металл анода соединяется с положительным электродом источника питания, а подложка N-типа соединяется с отрицательным электродом), барьерный слой Шоттки сужается, и внутреннее сопротивление становится небольшим; Когда через барьер Шоттки прикладывается обратное смещение, барьерный слой Шоттки становится шире, а его внутреннее сопротивление увеличивается.

Короче говоря, принцип конструкции диода Шоттки сильно отличается от принципа конструкции диодов PN junction . Тип PN-перехода обычно называется переходным диодом, а контактный диод металл-полупроводник называется диодом Шоттки. Кроме того, были также представлены алюмо-кремниевые диоды Шоттки, изготовленные с использованием кремниевого планарного процесса, который не только экономит драгоценные металлы, значительно снижает затраты, но также улучшает согласованность параметров.

2.2 Конструкция

Конструкция и материалы нового высоковольтного SBD отличаются от материалов традиционного SBD. Обычный SBD формируется путем контакта металла с полупроводником. Металлическим материалом может быть алюминий, золото, молибден, никель, титан и т. Д., А полупроводником обычно является кремний (Si) или арсенид галлия (GaAs). Поскольку подвижность электронов больше подвижности дырок, для получения хороших частотных характеристик в качестве подложки выбран полупроводниковый материал N-типа.Кроме того, уменьшая емкость перехода SBD и увеличивая напряжение обратного пробоя без создания большого последовательного сопротивления, на подложку N + обычно добавляют высокоомный тонкий слой N-типа.

Структурная схема диода Шоттки

Если материал вывода диода Шоттки изготовлен из бескислородной меди высокой чистоты, то это улучшит проводимость и толщину. Он также имеет лучшую проводимость и долго не нагревается.В то время как обычная медная проволока будет легко окисляться и паяться, что приводит к низкой производительности и легкой поломке.

Схема диода Шоттки

Хорошо известно, что внутри металлического проводника находится большое количество проводящих электронов . Когда металл находится в контакте с полупроводником (расстояние между ними составляет всего один атом), уровень Ферми металла ниже уровня Ферми полупроводника, а электронная плотность меньше электронной плотности полупроводника. полосу по сравнению с зоной проводимости полупроводника внутри металла.Следовательно, после того, как они соединяются, электроны диффундируют от полупроводника к металлу, заставляя металл нести отрицательный заряд, а полупроводник заряжается положительно. Поскольку металл является идеальным проводником, отрицательный заряд распределяется только в тонком слое атомного размера. В случае полупроводника N-типа примесные атомы, теряющие электроны, становятся положительными ионами и распределяются в большом толстом слое. В результате диффузии электронов от полупроводника к металлу формируются область пространственного заряда, собственное электрическое поле и барьер, а обедненный слой находится только на стороне полупроводника N-типа (барьер все области со стороны полупроводника).Направление собственного электрического поля в области барьера направлено к металлу областью N-типа . По мере того, как тепловая электронная эмиссия увеличивается из созданного поля, дрейфовый ток, противоположный направлению диффузионного тока, увеличивается, в конечном итоге достигая динамического равновесия, образуя контактный барьер между металлом и полупроводником, и это барьер Шоттки.

Когда приложенное напряжение равно нулю , диффузионный ток электрона равен току обратного дрейфа, обеспечивая динамический баланс.Когда прикладывается прямое смещение (то есть на металл прикладывается положительное напряжение, а на полупроводник — отрицательное), собственное поле ослабевает, и боковой барьер полупроводника понижается, так что прямой ток от металла к полупроводнику. Когда прикладывается обратное смещение, собственное поле усиливается, а высота барьера увеличивается, чтобы сформировать небольшой обратный ток от полупроводника к металлу. Следовательно, SBD, как и диод с PN-переходом, является нелинейным устройством с однонаправленной проводимостью.

2.3 Упаковка

Диоды Шоттки доступны как в корпусах с выводами, так и в корпусах для поверхностного монтажа ( SMD ), а диоды Шоттки с поверхностным монтажом доступны в различных корпусах, включая однотрубные, двухтрубные и тройные. -трубные версии. Диоды Шоттки в свинцовых корпусах обычно используются в качестве высокочастотных, сильноточных выпрямительных диодов, диодов свободного хода или защитных диодов. Выпускается в однотрубном и двухдиодном корпусах. Кроме того, у Шоттки есть три типа распиновки для лампы, то есть общий катод (катоды соединены), общий анод (аноды соединены) и последовательный (анод одного диода соединен с катодом). другого диода).

Ⅲ Технические параметры

1) Падение напряжения во включенном состоянии VF : VF — это падение напряжения на диоде Шоттки, когда диод Шоттки находится в прямой проводимости. Выбирать его нужно было, чтобы уделить больше внимания VF.

2) Обратный ток утечки насыщения IR : IR относится к току, протекающему через трубку, когда к ней приложено обратное напряжение. Поскольку диод Шоттки имеет большой обратный ток утечки, при выборе одного из них требуется меньшее значение IR.

3) Номинальный ток IF : IF относится к среднему значению тока, рассчитанному по допустимому повышению температуры, когда диод работает в течение длительного периода времени.

4) Импульсный ток IFSM : Прямой ток в момент включения питания. Это не нормальный ток, а мгновенный ток, который довольно велик.

5) Обратное пиковое напряжение VRM : Даже если обратный ток отсутствует, пока обратное напряжение постоянно увеличивается, диод рано или поздно выйдет из строя.VRM относится к максимальному обратному напряжению, которое можно приложить, чтобы избежать пробоя.

6) Обратное напряжение постоянного тока VR : Вышеупомянутый VRM представляет собой многократно приложенное пиковое напряжение, а VR — значение, когда напряжение постоянного тока подается непрерывно. Для цепей постоянного тока максимальное обратное напряжение постоянного тока важно для определения допустимых и верхних пределов.

7) Рабочая частота FM : Из-за емкости PN перехода, когда рабочая частота превышает определенное значение, его однонаправленная проводимость ухудшается.Диоды Шоттки имеют высокие значения ЧМ до 100 ГГц.

8) Время обратного восстановления Trr : Когда рабочее напряжение изменяется с прямого на обратное, идеальная работа диода заключается в том, что ток может быть мгновенно отключен. На самом деле обычно требуется небольшая задержка. Величина, определяющая текущую задержку отключения, — это время обратного восстановления. Другими словами, когда диод Шоттки внезапно инвертируется за счет проводимости, обратный ток значительно ослабляется до времени, необходимого для приближения к ИК.Это напрямую влияет на скорость переключения диода, но не означает, что это значение должно быть меньше. И этот показатель важен, когда переключатель большой мощности работает в состоянии переключателя высокой частоты.

Ⅳ Характеристики диодов Шоттки

4.1 Характеристики

1) Поскольку высота барьера Шоттки ниже, чем высота барьера PN-перехода, его пороговое напряжение прямой проводимости и прямое падение напряжения ниже (около 0.На 2 В ниже), чем диод на PN переходе.

2) Поскольку SBD является проводящим устройством для большинства несущих, не существует проблем со сроком службы неосновных носителей и обратным восстановлением. Время обратного восстановления SBD — это только время заряда и разряда конденсатора с барьером Шоттки, которое полностью отличается от времени обратного восстановления диода с PN переходом. Поскольку заряд обратного восстановления SBD очень мал, скорость переключения очень высока, а потери переключения также очень малы, что особенно подходит для высокочастотных приложений.Однако обратный барьер SBD тонкий, и пробой более вероятен на его поверхности, обратное напряжение пробоя относительно низкое. Поскольку SBD более подвержен тепловому пробою, чем диод с PN-переходом, обратный ток утечки больше, чем у диода с PN-переходом.

Диод с барьером Шоттки (SBD)

Самая большая яркая особенность диода Шоттки — однонаправленная проводимость, что означает, что ток может проходить только в одном направлении.Из-за этой характеристики его часто используют в качестве переключающего элемента для управления током.

4.2 Преимущества и недостатки

SBD имеет преимущества высокой частоты переключения, низкого прямого напряжения и низкого обратного напряжения пробоя, в основном менее 60 В, а максимальное значение составляет всего около 100 В, что ограничивает диапазон его применения. Например, в схемах импульсного источника питания (SMPS) и коррекции коэффициента мощности (PFC), диод свободного хода устройства переключения мощности, вторичная обмотка трансформатора и т. Д.Все они требуют высокочастотного выпрямительного диода на 100 В или более. В демпфирующей цепи УЗО используется высокоскоростной диод от 600 В до 1,2 кВ, требованиям может соответствовать только эпитаксиальный диод с быстрым восстановлением (FRED) или сверхбыстрый восстанавливающийся диод (UFRD). Время обратного восстановления UFRD также превышает 20 нс, что не может удовлетворить потребности SMPS от 1 МГц до 3 МГц в таких областях, как космические станции. Даже с SMPS 100 кГц, поскольку потери проводимости и коммутационные потери UFRD велики, температура корпуса высока, и требуется большой радиатор, так что объем и вес SMPS увеличиваются, что не является допустимым. совместим с тенденцией миниатюризации.Поэтому разработка SBD высокого давления выше 100 В всегда была темой исследований и вызывала беспокойство. В последние годы компания SBD совершила прорыв. Запущены в производство высоковольтные распределительные устройства на 150 В и 200 В, а также успешно разработаны БРД на напряжение более 1 кВ из новых материалов.

Самый большой недостаток диодов Шоттки — это их низкое обратное смещение и большой обратный ток утечки. Для диодов Шоттки из кремния и металла номинальное напряжение обратного смещения составляет до 50 В.Значение тока обратной утечки находится в положительной температурной характеристике, которая легко увеличивается при повышении температуры. Так что необходимо следить за тепловым разгоном. Чтобы избежать вышеуказанных проблем, напряжение обратного смещения диода Шоттки в реальных условиях применения будет намного меньше его номинального значения. Однако технология диодов Шоттки также продвинулась вперед, с номинальным обратным смещением до 200 В.

Ⅴ Применение диодов Шоттки

Диоды Шоттки широко используются в различных схемах самоконтроля , схемах связи, измерительных схемах, схемах домашних компьютеров и телевизорах из-за их высокой скорости переключения, длительного срока службы, отсутствия контакта, небольшого размера размер и высокая надежность.Они также используются в DVD-плеерах, видеомагнитофонах и других схемах.

Структура и характеристики SBD делают его подходящим для высокочастотного выпрямления в низковольтных, сильноточных выходных ситуациях, а также для обнаружения и микширования на очень высоких частотах (таких как X-диапазон, C-диапазон, S -диапазон и Ku-диапазон). Используется как фиксатор в высокоскоростных логических схемах. SBD также широко используется в ИС.

Диоды Шоттки — маломощные сверхбыстрые полупроводниковые приборы .Наиболее примечательной особенностью является то, что время обратного восстановления чрезвычайно короткое (может составлять всего несколько наносекунд), а прямое падение напряжения составляет всего около 0,4 В. Он широко используется в качестве высокочастотного, низковольтного, сильноточного выпрямительного диода, обратного диода, защитного диода, а также используется в качестве выпрямительного диода и диода обнаружения слабого сигнала в таких схемах, как микроволновая связь. Чаще встречается в источниках питания и инверторах связи.

Типичное применение диода Шокли — в цепи переключения биполярного транзистора BJT.Зажмите, подключив диод Шокли к BJT, чтобы транзистор казался выключенным, когда он находится во включенном состоянии, чтобы улучшить скорость переключения транзистора. Этот метод используется во внутренних цепях TTL типичных цифровых ИС, таких как 74LS, 74ALS и 74AS.

Самая большая особенность диодов Шоттки заключается в том, что прямое падение напряжения VF относительно невелико. В случае того же тока его прямое падение напряжения намного меньше. Кроме того, время его восстановления невелико.У него также есть некоторые недостатки: низкое выдерживаемое напряжение и больший ток утечки. Их необходимо учитывать при выборе диода Шоттки.

Ⅵ Обнаружение

Диод Шоттки широко используется в импульсных источниках питания, инверторах, драйверах и других схемах в качестве высокочастотных, низковольтных, сильноточных выпрямительных диодов, обратных диодов и защитных диодов. Его основные неисправности — обрыв цепи, короткое замыкание и нестабильное регулирование напряжения.

При использовании цифрового мультиметра для проверки диода Шоттки красная ручка подключается к отрицательному полюсу диода Шоттки, а черная ручка — к отрицательному полюсу диода.Значение сопротивления, измеренное в это время, является сопротивлением прямой проводимости диода Шоттки.

Ⅶ Диод быстрого восстановления и диод Шоттки

Принцип конструкции отличается. Диод Шоттки представляет собой комбинацию благородного металла и полупроводника n-типа, тогда как диод с быстрым восстановлением представляет собой обычный pn-переход с тонкой базой.

В выпрямителе Шоттки для переноса заряда используется только один вид носителя (электрон), и накопление неосновных носителей заряда за пределами барьера отсутствует.Следовательно, нет проблемы накопления заряда, что делает характеристики переключения видимыми. Время обратного восстановления может быть сокращено до менее 10 нс. Однако его обратное выдерживаемое напряжение низкое, обычно не превышает 100 В. Следовательно, он подходит для работы в условиях низкого напряжения и высокого тока. Благодаря низкому падению напряжения он может повысить эффективность низковольтных, сильноточных выпрямительных цепей (или схем с обратным ходом).

Диоды Шоттки

Диод с быстрым восстановлением относится к диодам с коротким временем обратного восстановления (менее 5 мкс).Процесс в основном легирован золотом. Большинство из них имеют структуру PN-перехода, а некоторые используют улучшенную структуру PIN. Его прямое падение напряжения выше, чем у обычных диодов (1-2 В), а обратное выдерживаемое напряжение составляет более 1200 В. По производительности его можно разделить на два уровня: быстрое восстановление и сверхбыстрое восстановление. Первое время обратного восстановления составляет сотни наносекунд или больше, а второе — менее 100 наносекунд.

диоды Шоттки, имеющие преимущества низкое прямое падение напряжения (0.4 ~ 1,0 В) и короткое время обратного восстановления (0 ~ 10 наносекунд) с недостатками большого обратного тока утечки и низкого выдерживаемого напряжения, обычно ниже 150 В, в основном используются в приложениях с низким напряжением.

Обратное напряжение пробоя диода Шоттки в большинстве случаев не превышает 60 В, а максимальное значение составляет всего около 50 В, что не подходит для условий высокого напряжения. Обратный пик диода с быстрым восстановлением может составлять от нескольких сотен до нескольких тысяч вольт, например, как высокочастотные выпрямительные диоды в схеме импульсного трансформатора питания.

Время восстановления диода Шоттки примерно в сто раз меньше, чем у диодов с быстрым восстановлением, обычно около нескольких наносекунд.

Преимущества первого : низкое энергопотребление , большой ток и сверхвысокая скорость. В диодах с быстрым восстановлением используется легирование золотом, простая диффузия и другие процессы для получения более высоких скоростей переключения и более высоких напряжений пробоя. В настоящее время диоды с быстрым восстановлением в основном используются в инверторных источниках питания в качестве выпрямительных компонентов.

Диоды Шоттки: это диод с «металлическим полупроводниковым переходом », и его прямое пусковое напряжение низкое. В дополнение к материалу металлический слой также может быть изготовлен из золота, молибдена, никеля, титана или тому подобного; Используя кремний или арсенид галлия, большинство полупроводниковых материалов относятся к N-типу. Это устройство является электропроводным для большинства носителей, поэтому его обратный ток насыщения намного больше, чем у диодов на основе PN перехода.

Поскольку эффект памяти неосновных несущих в диодах Шоттки очень мал, его частотная характеристика ограничена только постоянной времени RC.Таким образом, это идеальное устройство для высокочастотного и быстрого переключения, а его рабочая частота может достигать 100 ГГц. Кроме того, МДП (металл-диэлектрик-полупроводник) диоды Шоттки могут использоваться для производства солнечных элементов или светодиодов.

Диод с быстрым восстановлением, с падением прямого напряжения 0,8–1,1 В, временем обратного восстановления 35–85 нс, может быстро преобразовывать рабочее состояние (проводящее и отключенное), увеличивая частоту использования устройства и улучшая форму волны.

Диоды Шоттки

обладают хорошими коммутационными характеристиками, коротким временем обратного восстановления, большим прямым током, небольшими размерами и простой установкой.Диод со сверхбыстрым восстановлением (SRD) разработан на основе диода с быстрым восстановлением, время обратного восстановления которого близко к времени восстановления диода Шоттки. Они могут широко использоваться в импульсных источниках питания, широтно-импульсных модуляторах (ШИМ), источниках бесперебойного питания, регулировании частоты вращения электродвигателей переменного тока, высокочастотном нагреве и т. Д. В качестве высокочастотных, сильноточных импульсных диодов или выпрямителей.

Часто задаваемые вопросы о диодах Шоттки

1.Что такое диод Шоттки? Диод Шоттки
, также известный как диод с барьером Шоттки или диод с горячей несущей, представляет собой металл-полупроводниковый диод с низким прямым падением напряжения и очень высокой скоростью переключения.

2. Для чего нужен диод Шоттки? Диоды Шоттки
используются из-за их низкого напряжения включения, быстрого времени восстановления и малых потерь энергии на высоких частотах. Эти характеристики делают диоды Шоттки способными выпрямлять ток, облегчая быстрый переход из проводящего состояния в состояние блокировки.

3. Как работает диод Шокли?
Введение в диод Шокли
Его также называют четырехслойным диодом. Он функционирует как обычный диод без каких-либо триггерных входов, в состоянии обратного смещения ток через него не протекает, а в состоянии прямого смещения ток течет через него, когда напряжение на нем больше, чем его напряжение разрыва.

4. В чем разница между диодом Шоттки и обычным диодом?
Диод Шоттки имеет более низкий потенциальный барьер (~ 0.3 В), чем обычный диод (~ 0,6 В), и он намного быстрее с точки зрения переключения и частотной характеристики (у него меньшая емкость в переходе). Недостатком является то, что обратное напряжение, которое он может выдерживать, примерно вдвое меньше, чем у обычного диода.

5. Каковы две важные особенности диода Шоттки?
Мы видели здесь, что диод Шоттки, также известный как диод с барьером Шоттки, представляет собой твердотельный полупроводниковый диод, в котором металлический электрод и полупроводник n-типа образуют ms-переход диодов, что дает ему два основных преимущества по сравнению с традиционным pn-переходом. диоды, более высокая скорость переключения и низкое прямое смещение.

6. Что означает диод Шоттки?
Schottky), также известный как диод с барьером Шоттки или диод с горячими носителями, представляет собой полупроводниковый диод, образованный соединением полупроводника с металлом.

7. Как определить диод Шоттки?
Диод Шоттки измеряется как в прямом, так и в обратном направлении. Если да, то измерение на Рисунке 8-25 показывает, что трубка представляет собой кремниевый диод. Если это германиевый диод, показание прямого напряжения должно быть меньше 0.3В.

8. Как выбрать диод Шоттки?
Для диода Шоттки это обычно может быть в диапазоне от 0,3 до 0,6 В. Номинальная мощность зависит не только от силы тока, но и от того, сколько времени ток будет протекать через диод. Если у вас есть постоянный ток, то номинальная мощность пакета должна быть больше, чем рассеиваемая диодом.

9. Почему диод Шоттки известен как диод с горячей несущей?
Когда диод Шоттки находится в несмещенном состоянии, электроны, лежащие на стороне полупроводника, имеют очень низкий уровень энергии по сравнению с электронами, присутствующими в металле.Таким образом, электроны не могут проходить через переходной барьер, который называется барьером Шоттки. … Таким образом, диод называется диодом с горячей несущей.

10. Что такое выпрямитель Шоттки?
Диод Шоттки или выпрямитель с барьером Шоттки, названный в честь немецкого физика Вальтера Х. Шоттки, представляет собой полупроводниковый диод, в конструкции которого используется металл у полупроводникового перехода. Он имеет низкое прямое падение напряжения и очень быстрое переключение. … На самом деле, это один из старейших реально существующих полупроводниковых приборов.

Вам также может понравиться

Лавинный фотодиод

Учебное пособие по основам работы со светодиодами

Функция и принцип действия диода

Физические карты и символы диодов

Учебное пособие по стабилитронам

: каков принцип работы стабилитронов?

Принцип работы стабилитрона и определение положительного и отрицательного полюсов

Работа диода Шоттки и его применение

Диод Шоттки — это один из типов электронных компонентов, также известный как барьерный диод.Он широко используется в различных приложениях, таких как смеситель, в радиочастотных приложениях и в качестве выпрямителя в энергетических приложениях. Это низковольтный диод. Падение мощности ниже по сравнению с диодами с PN переходом. Диод Шоттки назван в честь ученого Шоттки. Его также иногда называют диодом с горячими носителями, диодом с горячими электронами и даже диодом с поверхностным барьером. В этой статье рассказывается, что такое диод Шоттки, конструкция, применение, характеристики и преимущества.

Что такое диод Шоттки?

Диод Шоттки также известен как диод с горячей несущей; это полупроводниковый диод с очень быстрым переключением, но с низким прямым падением напряжения.Когда через диод протекает ток, на выводах диода возникает небольшое падение напряжения. В нормальном диоде падение напряжения составляет от 0,6 до 1,7 вольт, в то время как в диоде Шоттки падение напряжения обычно находится в диапазоне от 0,15 до 0,45 вольт. Это меньшее падение напряжения обеспечивает более высокую скорость переключения и лучшую эффективность системы. В диоде Шоттки между полупроводником и металлом образуется переход полупроводник-металл, создавая таким образом барьер Шоттки. Полупроводник N-типа действует как катод, а металлическая сторона действует как анод диода.

Диод Шоттки

Конструкция диода Шоттки

Это односторонний переход. Переход металл-полупроводник формируется на одном конце, а другой контакт металл-полупроводник формируется на другом конце. Это идеальный омический двунаправленный контакт без потенциала между металлом и полупроводником, и он не выпрямляющий. Встроенный потенциал на диоде с разомкнутой цепью с барьером Шоттки характеризует диод Шоттки.

Физическая структура диода Шоттки

Диод Шоттки является функцией падения температуры.Снижается и увеличивается температурная концентрация легирования в полупроводнике N-типа. В производственных целях используются металлы диода с барьером Шоттки, такие как молибден, платина, хром, вольфрам, алюминий, золото и т. Д., И используются полупроводники N-типа.

Барьерный диод Шоттки

Барьерный диод Шоттки также известен как диод Шоттки или диод с горячей несущей. Диод с барьером Шоттки — это металл-полупроводник. Переход формируется путем приведения металла в контакт с умеренно легированным полупроводниковым материалом N-типа.Диод с барьером Шоттки — это однонаправленное устройство, проводящее ток только в одном направлении (обычный ток, протекающий от металла к полупроводнику)

Барьерный диод Шоттки

VI Характеристики диода с барьером Шоттки

ВИ-характеристики диода с барьером Шоттки ниже

• Прямое падение напряжения на диоде с барьером Шоттки очень мало по сравнению с обычным диодом с PN переходом.
• Прямое падение напряжения колеблется от 0.От 3 до 0,5 вольт.
• Прямое падение напряжения барьера Шоттки состоит из кремния.
• Прямое падение напряжения увеличивается одновременно с увеличением концентрации легирования полупроводника N-типа.
• ВАХ диода с барьером Шоттки очень крутые по сравнению с ВАХ нормального диода с PN переходом из-за высокой концентрации носителей тока.

Компоненты тока в диоде Шоттки

Ток в диоде с барьером Шоттки проходит через основные носители, которые являются электронами в полупроводнике N-типа.Формула в диоде с барьером Шоттки:

I _T = I _{Диффузия} + I _{Туннелирование} + I _{Термоэлектронная эмиссия}

Где I _{Диффузия} — градиентный диффузионный ток, обусловленный концентрацией. плотность тока Дж _n = D _n * q * dn / dx для электронов, где D _n — константа диффузии электронов, q — заряд электрона = 1.6 * 10 ¹⁹ кулонов, dn / dx — градиент концентрации электронов.
ITunneling — это туннельный ток из-за квантово-механического туннелирования через барьер. Вероятность туннелирования увеличивается с уменьшением барьера или встроенного потенциала и уменьшением ширины обедненного слоя. Этот ток прямо пропорционален вероятности туннелирования.
I _{Термоэлектронная эмиссия} — это ток, обусловленный током термоэлектронной эмиссии. Из-за теплового перемешивания некоторые носители имеют энергию, равную или превышающую энергию зоны проводимости для границы раздела металл-полупроводник и для тока.Это известно как ток термоэлектронной эмиссии.
Так как ток, протекающий непосредственно через диод с барьером Шоттки, проходит через основные носители заряда. Следовательно, он подходит для высокоскоростных коммутационных приложений, потому что прямое напряжение очень низкое, а время обратного восстановления очень короткое.

Применение диода Шоттки

Диоды Шоттки используются для ограничения напряжения и предотвращения насыщения транзистора из-за высокой плотности тока в диоде Шоттки.Кроме того, диод Шоттки отличается низким прямым падением напряжения, он теряется в меньшем количестве тепла, что делает их эффективным выбором для чувствительных и очень эффективных приложений. Поскольку диод Шоттки используется в автономных фотоэлектрических системах для предотвращения разряда батарей для солнечных панелей в ночное время, а также в системах, подключенных к сети, несколько цепочек соединяются параллельно. Диоды Шоттки также используются в качестве выпрямителей в источниках питания.

Преимущества диода Шоттки

Диоды Шоттки используются во многих приложениях по сравнению с другими типами диодов, которые не работают должным образом.

• Низкое напряжение включения: Напряжение включения диода составляет от 0,2 до 0,3 вольт. Для кремниевого диода оно составляет от 0,6 до 0,7 вольт у стандартного кремниевого диода.
• Быстрое время восстановления: Быстрое время восстановления означает небольшой накопленный заряд, который можно использовать для приложений высокоскоростного переключения.
• Низкая емкость перехода: Он занимает очень небольшую площадь после результата, полученного при точечном контакте кремния.Так как уровни емкости очень маленькие.

Характеристики диода Шоттки

Характеристики диода Шоттки в основном включают следующие

• Более высокий КПД
• Низкое прямое падение напряжения
• Низкая емкость
• Низкопрофильный корпус для поверхностного монтажа, сверхмалое
• Встроенное защитное кольцо для защиты от напряжения

Итак, это все о работе диода Шоттки, его принципе работы и применениях. Мы надеемся, что вы лучше понимаете эту концепцию.Кроме того, при любых сомнениях относительно этой статьи или проектов в области электрики и электроники, пожалуйста, дайте свои ценные предложения в разделе комментариев ниже. Вот вам вопрос, какова основная функция диода Шоттки?

Авторы фото:

Что такое диод Шоттки? — Характеристики и применение

Диод Шоттки

Символ диода Шоттки немного отличается от символа диода с P-N переходом. Катодная линия расширена, чтобы напоминать S.Ток, –, по-прежнему измеряется через диод от анода к катоду. Напряжение на диоде, v , по-прежнему измеряется от анода до катода.

Катод имеет форму буквы S.

Поведение диода все еще очень хорошо моделируется уравнением диода.

В этом уравнении ток, i , равен току насыщения , I , умноженному на экспоненту минус 1.Ток насыщения — это небольшой ток, протекающий через диод, даже когда диод выключен. Напряжение, В Т , является термическим эквивалентным напряжением. При комнатной температуре В T ≅ 0,26 В.

Для диода P-N перехода, I 10-9 ампер. Для диода Шоттки это значение составляет примерно 10-5 ампер (в 10 000 раз больше). Подстановка этих значений в уравнение диода дает следующие графики i против v для каждого диода.

Диод Шоттки (синяя линия) ближе к идеальному диоду

Зеленая линия — диод P-N перехода. Мы видим напряжение включения примерно 0,7 вольт. Напряжение включения — это точка, в которой кривая резко меняет направление. При этом напряжении диод начинает проводить ток. В идеальном диоде напряжение включения было бы 0 вольт. Диод Шоттки (синяя линия) имеет напряжение включения примерно 0.3 вольта.

Это низкое напряжение включения делает диод Шоттки привлекательным диодом для выпрямителей напряжения . Выпрямитель напряжения использует диоды для преобразования переменного тока в постоянного тока . Переменный ток — это ток в ваших розетках. Что касается постоянного тока, подумайте о батарее. Примером выпрямителя напряжения является адаптер переменного тока , который подключается к стене и заменяет (или заряжает) батарею в вашем компьютере и мобильном телефоне.Низкое напряжение включения Schottky означает, что меньше энергии теряется в виде тепла. В конструкции можно использовать радиаторы меньшего размера.

Даже в выключенном состоянии Schottky проводит некоторый ток.

Хотя обратный ток насыщения диода Шоттки невелик и составляет 10-5 ампер, это означает, что через диод все еще протекает ток, когда он должен быть выключен. Это может вызывать беспокойство в некоторых приложениях, где необходимо измерять даже небольшие значения тока.

Диоды Шоттки — обзор

2.6 Взаимодействие газа и твердого тела: Модуляция работы выхода электрона при легировании газом

Выпрямляющее поведение полимерных диодов Шоттки и гетеродиодов напрямую связано с уровнем Ферми полимерного слоя и на него можно влиять не только по структуре, типу и уровню легирования [116], но и по взаимодействию полимера с газами или парами. При воздействии на полимеры определенных газообразных частиц, проявляющих электронодонорное или акцепторное поведение, положение уровня Ферми изменяется [30, 33, 117] либо за счет уменьшения, либо за счет увеличения уровня легирования.В этом случае может наблюдаться изменение характеристик барьера Шоттки, вызванное газом, что может быть использовано для измерений газового зондирования.

Stanbery et al. [118] показали, что после воздействия воздуха на структуру Al / Mg-тетрафенилпорфирин / Ag характеристики I-V становятся асимметричными или выпрямляющимися. Такой же эффект наблюдался в диодах на основе профирина [119], хлорофилла-а [120, 121] и фталоцианина [122]. Ohmori et al. показали, что ток обратного смещения диодов Pt / поли (3-додецилтиофен) / Al увеличивается при воздействии воздуха и уменьшается при воздействии на диоды этанола или хлороформа [35].

Воздействие кислорода обратимо на структурах на основе поли (3-метилтиофена) [123, 124]. Кислород вызывает акцепторные состояния и заполняет ловушки в запрещенной зоне. С другой стороны, водяной пар необратимо снижает плотность захватных и легирующих состояний в запрещенной зоне [124].

В 1980 году Van Ewyk et al. предложил образование комплекса с переносом заряда из-за взаимодействия донатора / акцептора электронов во время адсорбции сильных электронодонорных или акцепторных газов на органических p-полупроводниках [125].Адсорбция вызывает изменение уровня легирования полупроводника и, следовательно, изменение его проводимости. Перенос частичного количества электронной плотности без полной ионизации реагирующих частиц, как правило, известен для процессов адсорбции молекул на проводящих поверхностях и изучался всесторонне как с каталитической [126–128], так и с химической точек зрения [129]. . Было высказано предположение, что этот тип реакции также ответственен за химическую модуляцию работы выхода электронов полимерного слоя за счет поглощения газа [130, 131].Этот тип процесса взаимодействия часто описывается как вторичное легирование чувствительного полимерного слоя. Первичный процесс легирования осуществляется во время химического или электрохимического приготовления органического полимерного полупроводника, тогда как уровень Ферми зависит от уровня легирования и природы легирующего иона [58, 132].

Janata предложил модель, описывающую взаимосвязь потенциальных концентраций, основанную на образовании комплекса с переносом заряда между вторичной примесью (газом или паром) и матрицей (чувствительной фазой), которая сочетается с дробным переносом заряда [133].

Предполагается, что идеальный газ или пар входит в чувствительный проводящий полимерный слой и взаимодействует с активированными центрами S * _poly путем обмена парциальной электронной плотности δ e и что концентрация газа или пара X ( с ) _газ , растворенный в твердом теле, можно выразить законом Генри, перенос заряда можно представить простой реакцией, основанной на окислительно-восстановительном процессе:

(5) X (s) газ + Spoly * = [X (s) gasSpoly *]

Комплекс с переносом заряда [ X ( s ) _gas S * _poly ] образуется, если только дробный заряд на молекулу | 2δ | <1, переносится между нейтральным газом или молекулой пара и активным центром полимерного слоя.Предполагая, что твердое тело имеет дискретную зонную структуру, если газ является донором электронов, плотность заряда передается в зону проводимости (т. Е. Δ <0), тогда как для газа, принимающего электроны, образуется комплекс с переносом заряда. между газом и валентной зоной (т.е. δ> 0). В любом случае направление потока заряда определяется разницей в сродстве к электрону твердого тела и молекулы газа. Это взаимодействие можно рассматривать как нормальный процесс легирования, в котором распределение электронов задается статистикой Ферми-Дирака [133].

Положение уровня Ферми в невырожденном полупроводнике связано с концентрацией первичного донора или акцептора распределением Ферми-Дирака для полупроводников n-типа и p-типа,

(6) EF = E * ± kTlnNgiN *

, где N и N * — концентрации нейтрального и ионизированного донора / акцептора, соответственно, а г _i — коэффициент вырождения, который априори неизвестен для органических полупроводников.С учетом ионизационного равновесия легированного полупроводника и взаимодействия газа с твердым телом зависимость уровня Ферми чувствительного материала от парциального давления газа или пара легирующей примеси определяется выражением

(7) EF = Eo * + kT2δlnpgas

, где p _газ — парциальное давление газа или пара, E ₀ * и на уровне донора / акцептора E * (уравнение (6)), а коэффициенты равновесия всех соответствующих реакций объединены.

No related posts.