Войти
 Различные диоды с барьером Шоттки: малосигнальные ВЧ-устройства (слева), средней и большой мощности Шоттки выпрямительные диоды (средний и правый) | |
| Тип | Пассивный |
|---|---|
| Изобретенный | Уолтер Х. Шоттки |
| Конфигурация выводов | анод и катод |
| Электронный символ | |
 | |
диод Шоттки (названный в честь немецкого физика Вальтера Х. Шоттки ), также известный как диод с барьером Шоттки или диод с горячими носителями, представляет собой полупроводниковый диод, образованный соединением полупроводника с металлом. Он имеет низкое падение прямого напряжения и очень быстрое переключение. детекторы кошачьих усов, использовавшиеся на заре беспроводной связи и металлические выпрямители, использовавшиеся в первых источниках питания, можно считать примитивными диодами Шоттки.
При приложении достаточного прямого напряжения ток течет в прямом направлении. Кремниевый p – n-диод имеет типичное прямое напряжение 600–700 мВ, а прямое напряжение Шоттки составляет 150–450 мВ. Это более низкое требование к прямому напряжению обеспечивает более высокую скорость переключения и лучшую эффективность системы.
1N5822 Диод Шоттки в разрезанной упаковке. Полупроводник в центре образует барьер Шоттки против одного металлического электрода (обеспечивая выпрямляющее действие) и омический контакт с другим электродом. A переход металл-полупроводник формируется между металлом и полупроводником, образуя барьер Шоттки (вместо перехода полупроводник-полупроводник, как в обычных диодах). Типичными используемыми металлами являются молибден, платина, хром или вольфрам и некоторые силициды (например, и силицид платины ), тогда как полупроводник обычно представляет собой кремний n-типа. Металлическая сторона действует как анод, а полупроводник n-типа действует как катод диода; это означает, что обычный ток может течь от металлической стороны к полупроводниковой, но не в противоположном направлении. Этот барьер Шоттки обеспечивает как очень быстрое переключение, так и низкое прямое падение напряжения.
Выбор комбинации металла и полупроводника определяет прямое напряжение диода. Полупроводники n- и p-типа могут создавать барьеры Шоттки. Однако р-тип обычно имеет гораздо более низкое прямое напряжение. Поскольку обратный ток утечки резко увеличивается с понижением прямого напряжения, он не может быть слишком низким, поэтому обычно используемый диапазон составляет около 0,5–0,7 В, а полупроводники p-типа используются лишь изредка. и другие тугоплавкие силициды, которые способны выдерживать температуры, необходимые для отжига истока / стока в процессах КМОП, обычно имеют слишком низкое прямое напряжение, чтобы их можно было использовать, поэтому в процессах с использованием этих силицидов обычно не используются диоды Шоттки.
С увеличением легирования полупроводника ширина обедненной области уменьшается. Ниже определенной ширины носители заряда могут туннелировать через обедненную область. При очень высоких уровнях легирования переход больше не ведет себя как выпрямитель и становится омическим контактом. Это можно использовать для одновременного формирования омических контактов и диодов, поскольку между силицидом и слаболегированной областью n-типа образуется диод, а между силицидом и сильно легированной областью n- или p-типа образуется омический контакт.. Слаболегированные области p-типа представляют проблему, поскольку полученный контакт имеет слишком высокое сопротивление для хорошего омического контакта, но слишком низкое прямое напряжение и слишком высокую обратную утечку, чтобы сделать хороший диод.
Поскольку края контакта Шоттки довольно острые, вокруг них возникает высокий градиент электрического поля, который ограничивает, насколько большим может быть порог напряжения обратного пробоя. Используются различные стратегии, от защитных колец до перекрытий металлизации для распределения градиента поля. Защитные кольца занимают ценную площадь кристалла и используются в основном для больших высоковольтных диодов, в то время как перекрывающаяся металлизация используется в основном для низковольтных диодов меньшего размера.
Диоды Шоттки часто используются в качестве предохранителей от насыщения в транзисторах Шоттки. Диоды Шоттки из силицида палладия (PdSi) превосходны благодаря более низкому прямому напряжению (которое должно быть ниже прямого напряжения перехода база-коллектор). Температурный коэффициент Шоттки ниже, чем коэффициент перехода B – C, что ограничивает использование PdSi при более высоких температурах.
Для силовых диодов Шоттки важными становятся паразитные сопротивления скрытого слоя n + и эпитаксиального слоя n-типа. Сопротивление эпитаксиального слоя более важно, чем для транзистора, поскольку ток должен пересекать всю его толщину. Однако он служит в качестве распределенного балластирующего резистора по всей площади перехода и, в обычных условиях, предотвращает локальный тепловой пробой.
По сравнению с силовыми p – n-диодами, диоды Шоттки менее надежны. Переход находится в прямом контакте с термочувствительной металлизацией, поэтому диод Шоттки может рассеивать меньше энергии, чем аналог p-n эквивалентного размера с глубоко скрытым переходом до выхода из строя (особенно во время обратного пробоя). Относительное преимущество более низкого прямого напряжения диодов Шоттки уменьшается при более высоких прямых токах, когда в падении напряжения преобладает последовательное сопротивление.
Наиболее важное различие между pn диод и диод Шоттки - это время обратного восстановления (t rr), когда диод переключается из проводящего состояния в непроводящее. В ap – n-диоде время обратного восстановления может составлять от нескольких микросекунд до менее 100 нс для быстрых диодов, и оно в основном ограничивается диффузионной емкостью, вызванной неосновными носителями, накопленными в диффузионных регион во время проводящего состояния. Диоды Шоттки значительно быстрее, поскольку они униполярные устройства и их скорость ограничена только емкостью перехода. Время переключения составляет ~ 100 пс для малосигнальных диодов и до десятков наносекунд для специальных мощных диодов большой емкости. При переключении p – n-перехода возникает также ток обратного восстановления, который в мощных полупроводниках вызывает повышенный шум EMI. В диодах Шоттки переключение происходит практически мгновенно с небольшой емкостной нагрузкой, что не вызывает беспокойства.
Это «мгновенное» переключение происходит не всегда. В частности, в устройствах Шоттки с более высоким напряжением структура защитного кольца, необходимая для управления геометрией поля пробоя, создает паразитный p-n-диод с обычными атрибутами времени восстановления. Пока этот защитный кольцевой диод не смещен в прямом направлении, он добавляет только емкость. Однако, если переход Шоттки приводится в движение достаточно сильно, прямое напряжение в конечном итоге смещает оба диода вперед, и это сильно влияет на фактическое значение t rr.
Часто говорят, что диод Шоттки является полупроводниковым прибором с "основной несущей ". Это означает, что если тело полупроводника является легированным n-типом, только носители n-типа (подвижные электроны ) играют значительную роль в нормальной работе устройства. Основные носители быстро вводятся в зону проводимости металлического контакта на другой стороне диода, становясь свободно движущимися электронами. Следовательно, не используется медленная случайная рекомбинация носителей n- и p-типа, так что этот диод может прекратить проводимость быстрее, чем обычный p – n-выпрямительный диод. Это свойство, в свою очередь, позволяет уменьшить площадь устройства, что также способствует более быстрому переходу. Это еще одна причина, по которой диоды Шоттки используются в импульсных преобразователях мощности : высокая скорость диода означает, что схема может работать на частотах в диапазоне от 200 кГц до 2 МГц, что позволяет использовать небольшие катушки индуктивности и конденсаторы с большей эффективностью, чем это было бы возможно с другими типами диодов. Диоды Шоттки с малой площадью поверхности - это сердце ВЧ-детекторов и смесителей, которые часто работают на частотах до 50 ГГц.
Наиболее очевидными ограничениями диодов Шоттки являются их относительно низкие номинальные значения обратного напряжения и относительно высокий ток обратной утечки. Для кремний-металлических диодов Шоттки обратное напряжение обычно составляет 50 В или меньше. Доступны некоторые конструкции с более высоким напряжением (200 В считается высоким обратным напряжением). Обратный ток утечки, поскольку он увеличивается с температурой, приводит к проблеме тепловой нестабильности. Это часто ограничивает полезное обратное напряжение намного ниже фактического номинального значения.
Хотя более высокие обратные напряжения достижимы, они будут давать более высокое прямое напряжение, сравнимое с другими типами стандартных диодов. Такие диоды Шоттки не имели бы никаких преимуществ, если бы не требовалась большая скорость переключения.
Диоды Шоттки, построенные из карбида кремния, имеют гораздо более низкий обратный ток утечки, чем кремниевые диоды Шоттки, а также более высокий прямое напряжение (около 1,4–1,8 В при 25 ° C) и обратное напряжение. По состоянию на 2011 год они были доступны от производителей в вариантах обратного напряжения до 1700 В.
Карбид кремния имеет высокую теплопроводность, а температура мало влияет на его коммутационные и тепловые характеристики. В специальной упаковке карбидокремниевые диоды Шоттки могут работать при температурах перехода более 500 K (около 200 ° C), что позволяет использовать пассивное радиационное охлаждение в аэрокосмической применениях..
В то время как стандартные кремниевые диоды имеют прямое падение напряжения около 0,6 В, а германиевые диоды 0,2 В, падение напряжения на диодах Шоттки при прямом смещении около 1 мА находится в диапазоне от 0,15 В до 0,46 В (см. 1N5817 и 1N5711), что делает их полезными в приложениях с ограничением напряжения и предотвращением насыщения транзисторов. Это связано с более высокой плотностью тока в диоде Шоттки.
Благодаря низкому прямому падению напряжения диодов Шоттки меньше энергии расходуется в виде тепла, что делает их наиболее эффективным выбором для приложений, чувствительных к эффективности. Например, они используются в автономных («автономных») фотоэлектрических (PV) системах для предотвращения разряда батарей через солнечные панели в ночное время, так называемые «блокирующие диоды». ". Они также используются в подключенных к сети системах с несколькими цепочками, соединенными параллельно, чтобы предотвратить протекание обратного тока от соседних цепочек через заштрихованные цепочки, если «байпасные диоды» вышли из строя.
Диоды Шоттки также используются в качестве выпрямителей в импульсных источниках питания. Низкое прямое напряжение и быстрое время восстановления приводят к повышению эффективности.
Их также можно использовать в цепях питания «ИЛИ » в продуктах, которые имеют как внутреннюю батарею, так и вход сетевого адаптера., или похожие. Однако в этом случае большой обратный ток утечки представляет проблему, поскольку любая схема измерения напряжения с высоким импедансом (например, отслеживание напряжения батареи или определение наличия сетевого адаптера) будет видеть напряжение от другого источника питания через диод. утечка.
Диоды Шоттки могут использоваться в схемах выборки и хранения на основе диодных мостов. По сравнению с обычными диодными мостами на основе p-n-перехода диоды Шоттки могут иметь преимущества. Диод Шоттки с прямым смещением не имеет накопителя заряда неосновных носителей. Это позволяет им переключаться быстрее, чем обычные диоды, что сокращает время перехода от образца к этапу удержания. Отсутствие накопителя заряда неосновных носителей также приводит к более низкому шагу удержания или ошибке выборки, что приводит к более точной выборке на выходе.
Благодаря эффективному контролю электрического поля Шоттки Диоды могут использоваться для точной загрузки или разгрузки одиночных электронов в полупроводниковых наноструктурах, таких как квантовые ямы или квантовые точки.
Диод Шоттки SS14 в корпусе. DO-214 AC (SMA). (версия для поверхностного монтажа 1N5819 )Часто встречается К диодам относятся выпрямители серии 1N58xx, такие как 1N581x (1 A ) и 1N582x (3 A), сквозные части, а также SS1x (1 A) и SS3x (3 A). Выпрямители Шоттки доступны во многих вариантах корпусов для поверхностного монтажа.
Слабосигнальные диоды Шоттки, такие как 1N5711, 1N6263, 1SS106, 1SS108 и BAT41– Серии 43, 45–49 широко используются в высокочастотных приложениях в качестве детекторов, смесителей и нелинейных элементов и заменяют германиевые диоды. Они также подходят для защиты от электростатического разряда (ESD) чувствительных устройств, таких как III-V-полупроводниковые устройства, лазерные диоды и, в меньшей степени, открытые линии CMOS схемы.
металл-полупроводник Шоттки переходы представлены в преемниках 7400 TTL f Семейство логических устройств серий 74S, 74LS и 74ALS, где они используются как зажимы Бейкера параллельно с переходами коллектор-база биполярных транзисторов чтобы предотвратить их насыщение, тем самым значительно сократив задержки выключения.
Если требуется меньшее рассеивание мощности, вместо него можно использовать MOSFET и схему управления в рабочем режиме, известном как активное выпрямление <206.>супердиод, состоящий из pn-диода или диода Шоттки и операционного усилителя, обеспечивает почти идеальную диодную характеристику из-за эффекта отрицательной обратной связи, хотя его использование ограничено частотами используемого операционного усилителя может справиться.
Электросмачивание можно наблюдать, когда диод Шоттки сформирован с использованием капли жидкого металла, например ртуть в контакте с полупроводником, например кремний. В зависимости от типа легирования и плотности в полупроводнике растекание капли зависит от величины и знака напряжения, приложенного к капле ртути. Этот эффект получил название «электросмачивание Шоттки».
 | На Викискладе есть материалы, связанные с Диоды Шоттки. |
