Падение напряжения на диодах шоттки: Что такое диод Шоттки?

Содержание

Диод Шоттки — это… Что такое Диод Шоттки?

Условное обозначение диода Шоттки НЕ по ГОСТ 2.730-73 Структура детекторного диода Шоттки : 1 — полупроводниковая подложка; 2 — эпитаксиальная плёнка; 3 — контакт металл — полупроводник; 4 — металлическая плёнка; 5 — внешний контакт

Диод Шоттки (также правильно Шотки, сокращённо ДШ) — полупроводниковый диод с малым падением напряжения при прямом включении. Назван в честь немецкого физика Вальтера Шоттки. 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.

Свойства диодов Шоттки

Достоинства

  • В то время, как обычные кремниевые диоды имеют прямое падение напряжения около 0,6—0,7 вольт, применение диодов Шоттки позволяет снизить это значение до 0,2—0,4 вольт.
    Столь малое прямое падение напряжения присуще только диодам Шоттки с максимальным обратным напряжением порядка десятков вольт, выше же падение напряжения становится сравнимым с аналогичным параметром кремниевых диодов, что ограничивает применение диодов Шоттки.
  • Барьер Шоттки (открыл нем. физик Вальтер Шоттки — Walter Schottky) также имеет меньшую электрическую ёмкость перехода, что позволяет заметно повысить рабочую частоту. Это свойство используется в интегральных микросхемах, где диодами Шоттки шунтируются переходы транзисторов логических элементов. В силовой электронике малое время восстановления позволяет строить выпрямители на частоты в сотни кГц и выше. Например, диод MBR4015 (15 В, 40 А), оптимизированный под высокочастотное выпрямление, нормирован для работы при dV/dt до 10 кВ/мкс.

Недостатки

  • при кратковременном превышении максимального обратного напряжения диод Шоттки необратимо выходит из строя (КЗ — короткое замыкание), в отличие от обычных кремниевых p-n диодов, которые переходят в режим обратимого[1] пробоя, и, при условии непревышения рассеиваемой на диоде максимальной мощности после падения напряжения, диод полностью восстанавливает свои свойства.
  • диоды Шоттки характеризуются повышенными (относительно обычных кремниевых p-n диодов) обратными токами, возрастающими с ростом температуры кристалла. Для 30CPQ150 обратный ток при максимальном обратном напряжении изменяется от 0,12 мА при +25 °C до 6,0 мА при +125 °C. У низковольтных диодов в корпусах ТО220 обратный ток может превышать сотни миллиампер (MBR4015 — до 600 мА при +125 °C). При неудовлетворительных условиях теплоотвода у диодов Шоттки может возникнуть тепловая положительная обратная связь, приводящая к тепловому пробою его полупроводниковой структуры.

Номенклатура диодов Шоттки

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 (т. к. представляет из себя 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-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.

Ссылки

  1. Статья «Полупроводниковый диод» в БСЭ

Д243 и Шоттки – пробуем сравнить | Лампа Эксперт

На днях наткнулся на весьма любопытную статью «Достались диоды Д243А. Нужны ли они сегодня и сравнение с диодом Шоттки». В ней автор при помощи лампочек, блока питания, мультиметра и термометра проводит «глубокий» тест этих полупроводников. Этот тест мне чем-то напомнил сравнение силикатного и керамического кирпича методом забивания гвоздей.

Результат, в принципе, не удивил. Д243 выбрасывать не надо – он отлично работает, равно как и оба кирпича успешно справились со своей задачей. Но действительно ли Д243 не стоит выбрасывать только потому, что он нагрелся так же, как и диод Шоттки? Попробуем копнуть глубже.

Габариты

Диод Д243, пожалуй, видел каждый, имеющий отношение к радиотехнике. Приличных размеров болванка с болтом на 6 из зада, на который наворачивается гайка. Современные же полупроводники с барьером Шоттки (берем приборы примерно той же мощности) чаще всего выполняются в корпусе ТО220 или в чем-то похожем.

Диод Д243 (слева) и MBR10100

Диод Д243 (слева) и MBR10100

Разница очевидна. Если добавить радиаторы, то конструкция на Д243 будет куда габаритнее. Это так, но обратимся к результатам экспериментатора из вышеупомянутой статьи. В своих экспериментах автор нагружал диоды током порядка 4.5 А, оба прибора без радиатора. В результате за 30 секунд 243-ий нагрелся до 41, а Шоттки до 43 градусов. Вроде разница невелика. Но! Д234 рассчитан на ток 10 А, а SBL3040PT, используемым автором, пятнадцатиамперный. То есть второй полупроводник работал в треть нагрузки, а первый был нагружен наполовину. Кроме того, поскольку прямое падение напряжение на Д243 в четыре раза выше, чем у SBL3040PT, то на кристалле последнего рассеивалась вчетверо меньшая мощность. Но грелся он так же.

Далее. 30 секунд – это не срок. Если бы автор не так спешил опубликовать результаты, а подождал еще, то стал бы свидетелем очень интересной картины. Д243 нагрелся бы этак градусов до 70 и продолжил работать. SBL3040PT уже через пару минут приказал бы долго жить в облаке дыма из-за теплового пробоя. Такой слабенький? Отнюдь. Просто тепло корпусу ТО220 отводить нечем – маленькая медная пластинка, да еще и почти полностью залитая компаундом. А массивный медный корпус 243-го имеет не только отличную теплоемкость, но и обладает большой эффективной площадью рассеивания.

Диод Шоттки в таком режиме будет пробит, скорее всего, из-за перегрева обратным током, который катастрофически и лавинообразно увеличивается при повышении температуры кристалла. Но об этом поговорим позже.

Вы, конечно, можете заявить, что надо использовать радиаторы. Надо. Но даже в этом случае Д243 будет иметь преимущество. Этот диод благодаря все тому же массивному корпусу и отличному отводу тепла от кристалла, сможет выдержать пятикратные перегрузки по току достаточно длительное время – единицы и даже десятки секунд. Увеличьте номинальный ток через кристалл Шоттки хотя бы вдвое, и прибор выйдет из строя от перегрева практически мгновенно, поскольку теплопроводность и инерционность перехода радиатор-подложка очень низкая. Его может «убить» даже заряжающийся сглаживающий конденсатор большой емкости, не говоря уже о пусковом токе того же электромотора.

Обратное напряжение

Подавляющее большинство диодов Шоттки имеют низкое обратное напряжение – несколько десятков вольт. Обычные диоды можно найти и на 200, и на 500 и даже на 1 000 В. Это серьезное отличие, существенно сужающее область применения полупроводников с барьером Шоттки.

Еще одно немаловажное обстоятельство. При малейшем увеличении обратного напряжения сверх нормы диод с барьером Шоттки мгновенно выходит из строя. Обычные же кремниевые p-n-полупроводники в этом случае уходят в режим обратимого лавинного пробоя. Если рассеиваемая кристаллом мощность не превысит допустимых значений, то после снятия перегрузки полупроводник вернется в рабочее состояние.

Существуют и высоковольтные диоды с барьером Шоттки, способные работать в цепях с напряжением до 1200 В, но такие полупроводники теряют одно из основных своих достоинств. Прямое падение напряжение на кристалле высоковольтного Шоттки становится соизмеримым с прямым падением напряжения на диоде с обычным p-n-переходом (об этом ниже).

Сборка из диодов Шоттки MBR20200CTF-E1 с обратным напряжением 200 В

Сборка из диодов Шоттки MBR20200CTF-E1 с обратным напряжением 200 В

Прямое падение напряжения

С общими характеристикам вроде закончили, перейдем к особенностям. При включении диода в прямом направлении, на нем падает какое-то напряжение, которое называют прямым падением напряжения. У диодов с барьером Шоттки это значение обычно лежит в диапазоне 0.2 – 0.4 В, тогда как у кремниевых оно может достигать вольта и более. Это очень важный параметр.

Прямое падение напряжение на кремниевом n-p диоде при токе 0.5 А (слева) и на диоде с переходом Шоттки

Прямое падение напряжение на кремниевом n-p диоде при токе 0.5 А (слева) и на диоде с переходом Шоттки

Во-первых, в низковольтных цепях потери в 1-2 вольта могут оказаться неприемлемыми, особенно если полупроводник используется в качестве ключа или элемента «ИЛИ» по питанию. Ну а, во-вторых, на диоде Шоттки будет рассеиваться много меньшая мощность, которая равна падению напряжения на кристалле, умноженному на ток через него.  По этому параметру, диоды Шоттки, конечно, выигрывают у выпрямительных кремниевых диодов.

Обратный ток

Еще одна характеристика, отличающая прибор Шоттки от обычного кремниевого. При включении полупроводника в обратном направлении через него течет ток, называемый током утечки. Он, конечно, невелик и часто в учет не берется, а зря. Особенно это касается диодов Шоттки, у которых обратный ток не только намного выше (нередко в десятки и сотни раз), чем у кремниевых собратьев, но и сильно зависит от температуры кристалла. Хуже всего то, что зависимость эта прямая. Теплее кристалл — выше обратный ток.

Обратный ток кремниевого n-p диода (слева) составляет 0.1 мкА, а Шоттки – 20 мкА

Обратный ток кремниевого n-p диода (слева) составляет 0.1 мкА, а Шоттки – 20 мкА

Теперь что касается температуры. К примеру, у пятнадцативольтового MBR4015 ток утечки при температуре кристалла 125°С может составлять 600 мА! Это дополнительные 9 Вт рассеваемой мощности. Если их не учесть, при расчете режима работы полупроводника и подбора радиатора, то прибор однозначно будет выведен из строя.

Повышенный ток утечки может стать серьезной проблемой и при обработке малых аналоговых или цифровых сигналов. К примеру, пиковый детектор, собранный на диоде Шоттки может оказаться абсолютно неработоспособным.

Время восстановления

При прямом включении диод, как известно, открывается и проводит ток. Если тут же подать на него обратное напряжение, то переход закроется и ток прекратится. Но прекратится не мгновенно – для запирания перехода нужно определенное время, называемое временем обратного восстановления.

У  диода с p-n-переходом время восстановления составляет микросекунды, у Шоттки – наносекунды. Это объясняется тем, что по сравнению с обычным p-n-переходом у таких диодов отсутствует диффузия, связанная с инжекцией неосновных носителей, то есть они работают только на основных, а их быстродействие определяется лишь барьерной емкостью.

Что это дает? Поскольку Шоттки быстро восстанавливается, он может работать на более высоких, чем кремниевый диод частотах. Для примера включим в цепь переменного тока частотой 60 Гц и 300 кГц полупроводники разного типа.

Кремниевый и Шоттки на частотах 60 (слева) и 300 000 Гц

Кремниевый и Шоттки на частотах 60 (слева) и 300 000 Гц

На относительно низкой частоте картинка примерно одинаковая – оба полупроводника отлично справляются со своей задачей. Но на частоте в 300 кГц картина меняется. На осилограмме отлично видно, что кремниевый диод (средний график) не успевает восстанавливаться, и прежде, чем закрыться, пропускает часть отрицательной полуволны. Шоттки же отлично справляется и с этой частотой.

Таким образом, наш Д243 великолепно подойдет в качестве выпрямительного в трансформаторном блоке питания, но не сможет работать, скажем, в импульсном БП, частота преобразования которого составляет сотни килогерц. Впрочем, производители этого и не скрывают, указывая в документации на полупроводник максимальную рабочую частоту в 1. 1 кГц.

Именно поэтому в импульсных блоках питания в качестве выпрямительных устанавливаются диоды с барьером Шоттки. Впрочем, они незаменимы и любых других схемах, работающих на относительно высоких частотах. Можно ли поставить Шоттки вместо кремниевого? Вполне, если учесть все особенности того и другого, перечисленные выше. Просто этого никто не делает за ненадобностью – Шоттки дороже и капризнее, а результат на выхлопе будет получен тот же.

Существует отдельная разновидность полупроводниковых приборов, получивших название SRD-диоды (step recovery diode, диоды с резким (быстрым) восстановлением). Они способны работать в СВЧ цепях. Но не стоит путать их с диодами Шоттки, поскольку эти полупроводники работают на абсолютно ином принципе.

Итак, мы все же умудрились сравнить несравнимое, и пришли к выводу – и те, и другие полупроводники обладают своими уникальными характеристиками и оба одинаково нужны. Просто сфера применения у них разная. Ну а что касается возраста – Д243 не настолько стар и его характеристики мало отличаются, а порой не отличаются совсем от характеристик современных полупроводников того же типа. Так что выбрасывать Д243 и аналогичные им однозначно не нужно.  

Диод Шоттки. Устройство, принцип работы и основные характеристики.

Приветствую всех на сайте MicroTechnics снова, и сегодня мы продолжим курс «Основы электроники». Героем статьи станет еще один электронный компонент, а именно диод Шоттки. В недавних статьях мы рассматривали принцип работы и применение диодов и стабилитронов:

И вот настало время диода Шоттки.

Основной отличительной особенностью этого элемента является малое падение напряжения при прямом включении (относительно обычного выпрямительного диода). Давайте разберемся, с чем же в данном случае связано это явление.

Сердцем диода Шоттки является не p-n переход, который образуется при соприкосновении двух полупроводников с разными типами проводимости, а так называемый

барьер Шоттки. {-\phi / kT}

Здесь нам важно заметить, что поскольку \phi_{М} > \phi_{П}, то, напротив, j_{М} < j_{П}. В результате этого при контакте металла и полупроводника в пограничной области буду скапливаться заряды:

Иными словами, из-за того, что работа выхода из полупроводника меньше, то электронам проще перейти из него в металл, чем наоборот, в обратном направлении. Но как и для p-n перехода этот процесс не будет протекать бесконечно. Эти заряды создадут дополнительное электрическое поле в граничной области, и в результате под действием этого поля токи термоэлектронной эмиссии выравняются.

Как видите, в целом, процессы, протекающие в барьере Шоттки, по своей сути очень похожи на то, что происходит в p-n переходе при контакте двух полупроводников. При подключении внешнего напряжения возникает дополнительное поле, которое смещает баланс токов в пограничной области.

Несмотря на некую схожесть процессов ключевым отличием является то, что в диоде Шоттки протекание тока как при прямом смещении, так и при обратном, связано исключительно с перемещением основных носителей заряда.

То есть по сравнению с p-n переходом отсутствует диффузионная составляющая тока, которая связана с инжекцией неосновных носителей. А это, в свою очередь, приводит ко второй важнейшей отличительной особенности диодов Шоттки — повышенному быстродействию (поскольку отсутствуют рекомбинационные и диффузионные процессы).

Как вы помните, при прямом смещении в обычном диоде в полупроводниковых областях накапливаются неосновные носители заряда — дырки в n-области и электроны в p-области:

Так вот в момент перехода диода в закрытое состояние (при подаче обратного смещения) неосновные носители начинают перемещаться навстречу друг другу, что приводит к возникновению кратковременного импульса обратного тока. Для диодов Шоттки же этот негативный и нежелательный эффект фактически сводится на нет.

Итак, суммируем все, что мы рассмотрели, и построим вольт-амперную характеристику диода Шоттки и обычного выпрямительного диода:

А теперь резюмируем плюсы и минусы этих элементов:

  • Первое преимущество — меньшее падение напряжения при прямом включении. Для диодов Шоттки оно может составлять 0.2-0.4 В, тогда как для обычных кремниевых диодов величина равна 0.6-0.7 В. А меньшее напряжение при одинаковом токе — это меньшая рассеиваемая мощность, то есть диод Шоттки будет нагреваться гораздо меньше.
  • Быстродействие — бесспорный плюс, который позволяет использовать диоды Шоттки на более высоких частотах.
  • Из сравнения вольт-амперных характеристик мы можем заметить, что обратный ток обычного диода имеет меньшую величину. Это уже относится к недостаткам диодов Шоттки. Причем с повышением температуры обратный ток будет увеличиваться еще больше.
  • И еще один недостаток — при превышении максимально допустимого значения обратного напряжения диод Шоттки выходит из строй с вероятностью равной 100%. В то же время обычный диод может перейти в режим обратимого пробоя (лавинного или туннельного) в том случае, если для него не произошел тепловой пробой (также необратимый).
    И при этом максимально допустимые значения обратного напряжения для диодов Шоттки почти всегда значительно меньше, чем для обычных диодов.

А теперь давайте проведем несколько практических экспериментов. Протестируем две аналогичные схемы на работу с сигналами высокой частоты. Только в одной схеме задействуем диод Шоттки, а в другой обычный выпрямительный диод и сравним осциллограммы сигналов на выходе.

На принципиальных схемах диод Шоттки обозначается так:

Тесты будем проводить на простой схеме однополупериодного выпрямителя:

Для эксперимента я взял диод Шоттки 10BQ015 и выпрямительный диод 1N4001. Попробуем подать на вход синусоиду с частотой 1 КГц:

Первый канал (желтый) — сигнал на входе
Второй канал (красный) — сигнал на выходе цепи с диодом Шоттки
Третий канал (синий) — сигнал на выходе цепи с обычным диодом

Результат вполне ожидаем. Диоды пропускают ток только в одном направлении, поэтому нижний полупериод входного сигнала срезается. Пока разницы особо никакой не наблюдается. Увеличиваем частоту входного сигнала до 100 КГц:

Первый канал (желтый) — сигнал на входе
Второй канал (красный) — сигнал на выходе цепи с диодом Шоттки
Третий канал (синий) — сигнал на выходе цепи с обычным диодом

И здесь уже видим, что обычный диод с таким сигналом попросту перестает справляться. При переключении диода (из открытого состояния в закрытое) возникает нежелательный импульс обратного тока (в точности так, как мы и обсудили чуть ранее).

Итак, резюмируем. Мы рассмотрели устройство, основные характеристики и принцип работы диода Шоттки, давайте на этом и завершим сегодняшнюю статью, всем спасибо 🤝

Новое поступление продукции Galaxy

Galaxy Semiconductor Co., Ltd. — компания, расположенная в Китае в округе Чанжоу и имеющая более чем 30-летний опыт производства полупроводниковых компонентов. Galaxy осуществляет изготовление кристаллов, корпусирование, тестирование и упаковку, что позволяет выпускать не только стандартные компоненты, но и по требованиям заказчика. Производственные площади компании занимают около 45000 кв.м., емкость производства — до 12 млрд. устройств в год. В 2002 году производство компании было сертифицировано по стандарту ISO9001-2000, а в 2007 — по стандарту TS16949.

 

Среди новых поступлений продукции Galaxy — диоды Шоттки различных типов.

 

 

Кремниевые диоды Шоттки уже давно стали привычными компонентами. Их основные преимущества — сниженное, по сравнению с простыми кремниевыми диодами, прямое падение напряжения и отсутствие накопления заряда, задерживающего выключение диода (т.е. потенциально лучшие частотные свойства). Первое преимущество оборачивается меньшими тепловыми потерями и большими возможными прямыми токами при соразмерном нагреве, а второе — лучшими частотными свойствами.

Однако ничто нигде не дается бесплатно. Здесь за улучшение одних свойств приходится платить изменением других характеристик. Чем больше таких зависимостей, тем больше оказывается необходимость осознанного выбора элемента под конкретное применение. Не являются исключением из этого правила и диоды Шоттки.

 

В конструкции обычных диодов всего три особенности, и они мало влияют друг на друга — площадь p-n перехода, уровень легирования (удельное сопротивление) высокоомной области и время жизни неосновных носителей. Прямое падение напряжения в установившемся режиме при заданном токе зависит, в основном, от температуры и площади p-n перехода, и то очень слабо: от площади — по логарифмическому закону (минус ~20 мВ на удвоение площади/снижение тока вдвое), от температуры — в пределах +1…-2 мВ на градус. Удельное сопротивление материала высокоомной области у обычных диодов, благодаря эффекту модуляции проводимости, почти не влияет на прямое падение напряжения. Время жизни неосновных носителей определяет время обратного восстановления диода (и косвенно — его ток утечки).

 

Для диодов Шоттки время жизни неосновных носителей не имеет прямого влияния на характеристики диода в рабочих режимах, но зато добавляется две других особенности конструкции. Это выбор величины потенциального барьера (то есть, фактически, порогового напряжения — и тока утечки) и необходимость обеспечения защиты от перенапряжений (незащищенный переход Шоттки, в отличие от обычного p-n перехода, практически всегда необратимо выходит из строя при пробое обратным напряжением). Именно поэтому внутри подавляющего большинства диодов Шоттки есть еще и параллельно включенный обычный кремниевый p-n переход. Кроме того, у диодов Шоттки есть сильная связь между удельным сопротивлением высокоомной области и прямым падением напряжения при больших токах (из-за отсутствия механизма модуляции проводимости). Отсутствие же эффекта модуляции проводимости уменьшает устойчивость диодов к ударному току, что вынуждает увеличивать площадь перехода (снижать плотность тока). Из-за этого емкость диодов Шоттки, отнесенная к единице номинального тока, как правило, выше, чем у обычных диодов. 

 

Наглядный пример — UF4007 имеют емкость около 10…20 пФ, 1N5817 — около 50…70 пФ (при обратном напряжении 5 В). По той причине диоды Шоттки изготавливают с более частым рядом по величине допустимого обратного напряжения — чтобы не вводить излишний запас, увеличивающий прямое сопротивление диодов.

Даже из этого упрощенного описания видно, что в конструкции диодов Шоттки намного больше вариантов для выбора компромиссов, чем в «обычных» диодах. Именно поэтому разнообразие типов диодов Шоттки столь велико. И для осмысленного выбора лучших (для требуемого применения) вариантов нужно учитывать большее число параметров, чем при выборе «обычных» диодов. 

 

При выборе диодов Шоттки нужно четко различать две группы областей применения:

  • Относительно низкочастотную коммутацию (суммирование напряжений, выпрямление 50/60 Гц с минимальными потерями), где нужны минимальные потери от прямого падения напряжения и/или токов утечки
  • Применение в высокочастотных импульсных преобразователях, где важна минимальная величина общих потерь, то есть нужен минимум суммы статических и динамических потерь.

 

Диоды, оптимизированные для первой группы применений — это диоды с минимальными прямыми падениями напряжения, получаемыми, как правило, за счет больших площадей переходов (больших емкостей), или специальные микросхемы с использованием управляемого МОП-транзистора, внешне выглядящие как диод, но с чрезвычайно малым падением напряжения. 

 

Что же касается диодов Шоттки для применения в DC/DC-конверторах, то минимальные общие потери совершенно необязательно обеспечит диод с минимальным прямым падением напряжения, особенно при широком диапазоне нагрузок, когда нужно учитывать потери не только от прямого падения напряжения, но и от токов утечки — их величина экспоненциально зависит не только от температуры, но и от частоты. Связано это с тем, что за снижение прямого падения напряжения приходится платить либо ростом площади перехода (и емкости диода, что приводит к росту коммутационных потерь, пропорциональных fґСдU2/2), либо резким ростом тока утечки (когда для минимизации прямого падения напряжения выбрано практически нулевое пороговое напряжение за счет подбора материала контакта металл-полупроводник).  

 

Поэтому хотелось бы предостеречь от распространенной ошибки — попытки использования диодов Шоттки «на пределе» по току, особенно в схемах с «жестким» переключением токов. 
Во-первых, это крайне нежелательно с точки зрения динамических потерь, поскольку при больших токах (соответствующих падениям напряжения более 0,6…0,9 В в зависимости от типа диода) в структуре диодов Шоттки начинает работать параллельно включенный p-n переход. Это проявляется появлением накопления заряда выключения, что может вызывать большие импульсные токи/напряжения.

Во-вторых, нужно помнить, что нагрев диодов Шоттки почти не влияет на прямое падение напряжения при больших токах, но вызывает резкий рост токов утечек. Последнее опасно проявлением эффекта саморазогрева обратными токами. Увеличение размера радиатора, необходимое для предотвращения этого риска, часто в итоге обходится дороже, чем использование диодов на больший ток, имеющих меньшие статические потери. 

 

Новое поступление продукции производства Galaxy Semiconductor Co. , Ltd. на склад «Промэлектроники»:

Диоды Шоттки

  1. Радиоэлектроника
  2. Схемотехника
  3. Основы электроники и схемотехники
  4. Том 3 – Полупроводниковые приборы
  1. Книги / руководства / серии статей
  2. Основы электроники и схемотехники. Том 3. Полупроводниковые приборы

Добавлено 12 июня 2017 в 04:27

Сохранить или поделиться

Диоды Шоттки построены на базе перехода металл-N, в отличие от обычных диодов на базе полупроводникового P-N перехода. Также известные как диоды с «горячими» носителями заряда, диоды Шоттки характеризуются быстрым временем переключения (малое время обратного восстановления), низким прямым падением напряжения (обычно от 0,25 до 0,4 вольта для перехода металл-кремний) и низкой емкостью перехода.

Условное графическое обозначение диода Шоттки показано на рисунке ниже.

Условное графическое обозначение диода Шоттки

Прямое падение напряжения (VF), время обратного восстановления (trr) и емкость перехода (CJ) диодов Шоттки ближе к идеальным значениям по сравнению с обычными «выпрямительными» диодами. Это делает их очень подходящими для высокочастотных приложений. Однако, к сожалению, диоды Шоттки обычно имеют более низкие значения прямого тока (IF) и обратного напряжения (VRRM и VDC) по сравнению с выпрямительными диодами, и, таким образом, они не подходят для приложений с существенной величиной мощности. Хотя они и используются в низковольтных стабилизированных импульсных источниках питания.

Технология диодов Шоттки находит широкое применение в высокоскоростных компьютерных схемах, где быстрое время переключения соответствует высокой скорости, а низкое прямое падение напряжения равносильно уменьшению рассеиваемой мощности в режиме проводимости тока.

Стабилизированные импульсные источники питания, работающие на частотах в сотни килогерц, не могут использовать обычные кремниевые диоды в качестве выпрямителей из-за их низкой скорости переключения. Когда сигнал, подаваемый на диод, изменяет смещение с прямого на обратное, проводимость тока продолжается в течение короткого периода времени, пока носители заряда вытесняются из обедненной области. Проводимость тока прекращается только после истечения этого времени обратного восстановления, trr. Диоды Шоттки обладают более коротким временем обратного восстановления.

Независимо от скорости переключения, 0,7 вольта прямого падения напряжения приводят к низкой эффективности низковольтных источников питания. Это не проблема, например, для источника питания 10 В. В источнике питания 1 В падение 0,7 В является значительной частью выходного напряжения. Одним из решений этой проблемы является использование диода Шоттки, который обладает более низким прямым падением напряжения.

Оригинал статьи:

Теги

ДиодДиод ШотткиОбучениеЭлектроника

Сохранить или поделиться

На сайте работает сервис комментирования DISQUS, который позволяет вам оставлять комментарии на множестве сайтов, имея лишь один аккаунт на Disqus.com.

В случае комментирования в качестве гостя (без регистрации на disqus. com) для публикации комментария требуется время на премодерацию.


Знайте силу диода Шоттки, вы должны знать эти точки

 

  Диоды шотткиТакже называется кристаллический диод, сокращение от диода Шоттки, кроме того, есть ранние вакуумные электронные диоды, это электронное устройство с однонаправленным током проводимости. Среди электронных компонентов устройство с двумя электродами позволяет току течь в одном направлении. Многие применения должны применять его выпрямительную функцию. Варакторный диод используется в качестве электронного регулируемого конденсатора.

       

10 классических вопросов и ответов о диодах Шоттки

1. Каков прямой номинальный ток диода Шоттки?

Номинальный ток диода Шоттки является основным номинальным значением диода Шоттки, например, 5А / 100В диода Шоттки, 5А является номинальным током. Обычно определение номинального тока — это номинальный средний ток, который может пройти диод Шоттки. Но некоторые тесты являются прямоугольными волнами до того, как может быть пройден прямоугольный ток со средним значением 5А. В некоторых испытательных помещениях используется постоянный ток, то есть постоянный ток, который может пройти 5А. Теоретически для кремниевого диода диод с прямоугольной волной в качестве условия тестирования может пропускать больший постоянный ток, потому что прямоугольная волна с таким же средним током вызовет больше потерь на диод Шоттки, чем постоянный ток. Таким образом, диод 5А обязательно пропускает ток 5А? Не обязательно, это связано с температурой. Когда ваши условия рассеивания тепла не достаточно хороши, ток, который может пройти диод Шоттки, ограничен температурой перехода.

       

2. Какое значение обратного напряжения диода Шоттки?

  Диоды шотткиКогда обратное отключение может выдержать определенное противодавление, то самое высокое противодавление, которое оно может выдержать, — это номинальное напряжение. Например, диод Шоттки на 5 А / 100 В имеет номинальное противодавление 100 В. Хотя все производители диодов Шоттки оставят определенный запас, диоды 100 В обычно используют 110 В без проблем, но это не рекомендуется использовать, потому что сверх номинального значения производитель не гарантирует его надежность. Проблема твоя. И многие компании, занимающиеся проектированием электроснабжения, в целях обеспечения надежности также будут снижать качество конструкции.

       

3. Что такое прямой импульсный ток диода Шоттки?

Импульсные источники питания должны выдерживать большой пусковой ток, не повреждаясь при запуске или других переходных процессах. Конечно, этот пусковой ток должен быть неповторяющимся или иметь большой интервал. Обычно в технических паспортах диода Шоттки был определен этот пусковой ток, условия испытаний часто представляют собой одну форму пускового тока, такую ​​как синусоида или прямоугольная волна. Текущее значение часто может достигать нескольких сотен.

        

4. Что такоеДиоды шотткиВперед падение давления?

Диод Шоттки проводит вперед, и при протекании тока будет падение напряжения. Это падение напряжения связано с прямым током и температурой. Как правило, для кремниевых диодов, чем больше ток, тем больше падение напряжения. Чем выше температура, тем меньше перепад давления. Но чем выше температура карбидокремниевого диода, тем больше падение напряжения.

        

5. Что такое обратный ток утечки диода Шоттки?

Диоды Шоттки не полностью обрезаются, когда они обрезаются в обратном направлении. При воздействии обратного давления будет происходить небольшая утечка тока от катода к аноду. Этот ток обычно мал, и чем выше обратное давление, тем больше ток утечки, и чем выше температура, тем больше ток утечки. Большой ток утечки приведет к большим потерям, особенно в высоковольтных приложениях.

        

6. Каково время обратного восстановления и обратный ток восстановления диодов Шоттки?

Это важный показатель диодов Шоттки, так называемый диод с быстрым восстановлением и медленным восстановлением основан на этом стандарте. Когда диод Шоттки переключается с прямого смещения на обратное смещение, большой ток обратного восстановления протекает от катода к аноду, и его обратный ток сначала возрастает до пикового значения, а затем падает до нуля. Тогда время нарастания и спада — это обратное время восстановления, а пиковый ток — это обратный ток восстановления. Это приведет к большим потерям в высокочастотных приложениях. Время обратного восстановления положительно связано со скоростью снижения прямого тока, когда ток и диод выключены. Чтобы решить эту проблему, один должен использовать диод с более быстрым временем восстановления, а другой — использовать ZCS для выключения диода.

        

7. Что такое мягкий восстановительный диод Шоттки?

Когда диод Шоттки восстанавливается в обратном направлении, обратный ток медленно уменьшается, что называется диодом Шоттки с мягким восстановлением. Мягкое восстановление имеет определенные преимущества для снижения EMI.

         

8. Какова емкость перехода диода Шоттки?

Емкость перехода — это паразитный параметр диода Шоттки, который можно рассматривать как емкость, параллельную диоду Шоттки.

        

9. Какова паразитная индуктивность диода Шоттки?

Паразитная индуктивность диода Шоттки в основном обусловлена ​​свинцом, который можно рассматривать как индуктивность, соединенную последовательно с диодом Шоттки.

        

10. Что такое переходный процесс, когда диод Шоттки проводит вперед?

Для переходного процесса диодов Шоттки, как правило, больше заботятся о характеристиках обратного восстановления. Но на самом деле, процесс диода Шоттки от обратного отклонения до прямой проводимости также имеет несколько моментов, на которые следует обратить внимание. Когда диод Шоттки только что включен, прямое падение напряжения сначала увеличится до максимального значения, а затем уменьшится до значения установившегося состояния. И это максимальное значение увеличивается с увеличением di / dt. Другими словами, диодная полоса Шоттки будет генерировать прямое пиковое напряжение в момент проводимости, и это напряжение должно быть больше, чем постоянное напряжение.

        
 

Знаете ли вы 4 основные характеристики диодов Шоттки?

Диод Шоттки является важным Электронный компонент. Потому что он несет важную роль защиты схема, это особенно необходимо. Все мы знаем, что при выборе диода Шоттки во многом зависит его передняя напряжение падение, обратное выдерживаемое напряжение, обратный ток утечки и т. д.

Предисловие

Диод Шоттки — важный электронный компонент. Поскольку он выполняет важную роль схемы защиты, он особенно незаменим. Все мы знаем, что при выборе диода Шоттки это в основном зависит от его прямого падения напряжения, обратного выдерживаемого напряжения, обратного тока утечки и т. Д.

Но мы редко знаем, какова взаимосвязь при разных токах, разных обратных напряжениях и разных температурах окружающей среды. Знание этих соотношений в схемотехнике чрезвычайно важно для выбора правильного диода Шоттки, особенно в силовых цепях. середина. Знание его характеристик облегчит нам использование. Следующая статья познакомит вас с загадочными характеристиками диодов Шоттки.

1. Связь между падением напряжения прямой проводимости и током проводимости.

Когда напряжение прямого смещения приложено к обоим концам диода Шоттки, область внутреннего электрического поля становится уже, и через PN-переход может проходить больший прямой диффузионный ток.

Только когда прямое напряжение достигает определенного значения (это значение называется «пороговым напряжением», германиевая трубка составляет около 0.2 В, а силиконовая трубка — около 0.6 В), диод Шоттки действительно может включиться.

Но является ли падение напряжения проводимости диода Шоттки постоянным? Какая связь между ним и прямым диффузионным током? Диод Шоттки модели SM360A проходит при комнатной температуре через испытательную схему, показанную на рисунке ниже. Проверьте взаимосвязь между падением тока и напряжения, и можно получить показанную взаимосвязь кривой: падение напряжения в прямом направлении пропорционально току во включенном состоянии, а разность плавающего напряжения составляет 0.2 В.

Разница в напряжении между током проводимости небольшой нагрузки и номинальным током проводимости составляет всего 0.2 В, но для силовых диодов Шоттки это не только влияет на эффективность, но и влияет на повышение температуры диодов Шоттки, поэтому, если позволяют ценовые условия, Старайтесь выбирать диод Шотта с небольшим падением напряжения включения и номинальным рабочим током, который в два раза превышает фактический ток.

2. Связь между падением давления прямой проводимости и температурой окружающей среды.

В процессе разработки наших продуктов влияние высоких и низких температур окружающей среды на электронные компоненты это самое большое препятствие для стабильной работы продукта. Несомненно, влияние температуры окружающей среды на большинство электронных компонентов очень велико. Диоды Шоттки, конечно, не исключение. В условиях высоких и низких температур мы можем узнать из кривой зависимости измеренного листа данных SM360A: проводимость диодов Шоттки. Падение давления обратно пропорционально температуре окружающей среды.

Когда температура окружающей среды составляет -45 ℃, хотя падение напряжения проводимости является самым большим, это не влияет на стабильность диода Шоттки, но когда окружающая температура составляет 75 ℃, температура корпуса превышает 125 ℃, указанные в данных. лист, затем диод должен быть уменьшен для использования при 75 ° C. Это также один из факторов, по которым импульсные источники питания должны быть снижены для использования при определенной высокой температуре.

3. Связь между током утечки диода Шоттки и обратным напряжением.

Когда обратное напряжение прикладывается к обоим концам диода Шоттки, площадь внутреннего электрического поля становится шире, и через PN-переход происходит меньше тока дрейфа, формирующего то, что мы называем током утечки.

Ток утечки также является важным параметром для оценки характеристик диодов Шоттки. Чрезмерный ток утечки диодов Шоттки не только приведет к увеличению его собственной температуры, но и повлияет на его эффективность для силовых цепей. Токи утечки при разных обратных напряжениях различны. Показано соотношение: чем больше обратное напряжение, тем больше ток утечки, и током утечки диода Шоттки при комнатной температуре можно пренебречь.

4. Связь между током утечки диода Шоттки и температурой окружающей среды.

Фактически, именно температура окружающей среды имеет наибольшее влияние на ток утечки диода Шоттки, который представляет собой кривую зависимости, испытанную при номинальном противодавлении. Из этого видно: чем выше температура, тем больше ток утечки.

После 75 ° C он поднимается по прямой. Ток утечки в этой точке является одним из двух основных факторов, из-за которых температура корпуса диода Шоттки при номинальном токе достигает 125 ° C. Только за счет снижения обратного напряжения и тока прямой проводимости можно снизить рабочую температуру диода Шоттки.

Предисловие

Диод Шоттки — важный электронный компонент. Поскольку он выполняет важную роль схемы защиты, он особенно незаменим. Все мы знаем, что при выборе диода Шоттки это в основном зависит от его прямого падения напряжения, обратного выдерживаемого напряжения, обратного тока утечки и т. Д.

Но мы редко знаем, какова взаимосвязь при разных токах, разных обратных напряжениях и разных температурах окружающей среды. Знание этих соотношений в схемотехнике чрезвычайно важно для выбора правильного диода Шоттки, особенно в силовых цепях. середина. Знание его характеристик облегчит нам использование. Следующая статья познакомит вас с загадочными характеристиками диодов Шоттки.

1. Связь между падением напряжения прямой проводимости и током проводимости.

Когда напряжение прямого смещения приложено к обоим концам диода Шоттки, область внутреннего электрического поля становится уже, и через PN-переход может проходить больший прямой диффузионный ток.

Только когда прямое напряжение достигает определенного значения (это значение называется «пороговым напряжением», германиевая трубка составляет около 0.2 В, а силиконовая трубка — около 0.6 В), диод Шоттки действительно может включиться.

Но является ли падение напряжения проводимости диода Шоттки постоянным? Какая связь между ним и прямым диффузионным током? Диод Шоттки модели SM360A проходит при комнатной температуре через испытательную схему, показанную на рисунке ниже. Проверьте взаимосвязь между падением тока и напряжения, и можно получить показанную взаимосвязь кривой: падение напряжения в прямом направлении пропорционально току во включенном состоянии, а разность плавающего напряжения составляет 0.2 В.

Разница в напряжении между током проводимости небольшой нагрузки и номинальным током проводимости составляет всего 0.2 В, но для силовых диодов Шоттки это не только влияет на эффективность, но и влияет на повышение температуры диодов Шоттки, поэтому, если позволяют ценовые условия, Старайтесь выбирать диод Шотта с небольшим падением напряжения включения и номинальным рабочим током, который в два раза превышает фактический ток.

2. Связь между падением давления прямой проводимости и температурой окружающей среды.

В процессе разработки нашего продукта воздействие высоких и низких температур окружающей среды на электронные компоненты является самым большим препятствием для стабильной работы продукта. Несомненно, влияние температуры окружающей среды на большинство электронных компонентов очень велико. Диоды Шоттки, конечно, не исключение. В условиях высоких и низких температур мы можем узнать из кривой зависимости в таблице данных измерений SM360A: проводимость диодов Шоттки. Падение давления обратно пропорционально температуре окружающей среды.

Когда температура окружающей среды составляет -45 ℃, хотя падение напряжения проводимости является самым большим, это не влияет на стабильность диода Шоттки, но когда окружающая температура составляет 75 ℃, температура корпуса превышает 125 ℃, указанные в данных. лист, затем диод должен быть уменьшен для использования при 75 ° C. Это также один из факторов, по которым импульсные источники питания должны быть снижены для использования при определенной высокой температуре.

3. Связь между током утечки диода Шоттки и обратным напряжением.

Когда обратное напряжение прикладывается к обоим концам диода Шоттки, площадь внутреннего электрического поля становится шире, и через PN-переход происходит меньше тока дрейфа, формирующего то, что мы называем током утечки.

Ток утечки также является важным параметром для оценки характеристик диодов Шоттки. Чрезмерный ток утечки диодов Шоттки не только приведет к увеличению его собственной температуры, но и повлияет на его эффективность для силовых цепей. Токи утечки при разных обратных напряжениях различны. Показано соотношение: чем больше обратное напряжение, тем больше ток утечки, и током утечки диода Шоттки при комнатной температуре можно пренебречь.

4. Связь между током утечки диода Шоттки и температурой окружающей среды.

Фактически, именно температура окружающей среды имеет наибольшее влияние на ток утечки диода Шоттки, который представляет собой кривую зависимости, испытанную при номинальном противодавлении. Из этого видно: чем выше температура, тем больше ток утечки.

После 75 ° C он поднимается по прямой. Ток утечки в этой точке является одним из двух основных факторов, из-за которых температура корпуса диода Шоттки при номинальном токе достигает 125 ° C. Только за счет снижения обратного напряжения и тока прямой проводимости можно снизить рабочую температуру диода Шоттки.

Как работают диоды Шоттки | ОРЕЛ

Как и другие диоды, диод Шоттки управляет направлением тока в цепи. Эти устройства действуют как улицы с односторонним движением в мире электроники, пропуская ток только от анода к катоду. Однако, в отличие от стандартных диодов, диод Шоттки известен своим низким прямым напряжением и способностью быстрого переключения. Это делает их идеальным выбором для радиочастотных приложений и любых устройств с низкими требованиями к напряжению. Существует множество применений диода Шоттки, в том числе:

  • Выпрямление питания.Диоды Шоттки могут использоваться в приложениях большой мощности благодаря низкому падению прямого напряжения. Эти диоды будут тратить меньше энергии и могут уменьшить размер вашего радиатора.
  • Несколько блоков питания. Диоды Шоттки также могут помочь разделить мощность в системе с двумя источниками питания, например, с источником питания от сети и аккумулятором.
  • Солнечные батареи. Диоды Шоттки могут помочь максимизировать эффективность солнечных элементов благодаря низкому падению напряжения в прямом направлении. Они также помогают защитить элемент от обратных зарядов.
  • Зажим. Диоды Шоттки также можно использовать в качестве ограничителя в транзисторной схеме, например, в логических схемах 74LS или 74S.

 

( Источник изображения )

Преимущества и недостатки диода Шоттки

Одним из основных преимуществ использования диода Шоттки по сравнению с обычным диодом является низкое прямое падение напряжения. Это позволяет диоду Шоттки потреблять меньшее напряжение, чем стандартный диод, используя только 0.3-0,4 В на его переходах. На графике ниже видно, что прямое падение напряжения примерно на 0,3 В начинает значительно увеличивать ток в диоде Шоттки. Это увеличение тока не вступит в силу примерно до 0,6 В для стандартного диода.

( Источник изображения )

На изображениях ниже показаны две схемы, иллюстрирующие преимущества более низкого падения напряжения в прямом направлении. Схема слева содержит обычный диод, справа — диод Шоттки.Оба питаются от источника постоянного тока 2 В.

( Источник изображения )

Обычный диод потребляет 0,7В, оставляя только 1,3В для питания нагрузки. Благодаря более низкому падению прямого напряжения диод Шоттки потребляет всего 0,3 В, оставляя 1,7 В для питания нагрузки. Если бы нашей нагрузке требовалось 1,5 В, то для этой работы подошел бы только диод Шоттки.

Другие преимущества использования диода Шоттки по сравнению с обычным диодом включают в себя:

  • Более быстрое время восстановления .Небольшой заряд, хранящийся в диоде Шоттки, делает его идеальным для приложений с высокой скоростью переключения.
  • Меньше шума . Диод Шоттки будет производить меньше нежелательных шумов, чем обычный диод с p-n переходом.
  • Лучшая производительность . Диод Шоттки будет потреблять меньше энергии и может легко соответствовать требованиям низковольтных приложений.

Следует помнить о некоторых недостатках диодов Шоттки. Диод Шоттки с обратным смещением будет испытывать более высокий уровень обратного тока, чем традиционный диод.Это приведет к большему току утечки при обратном подключении.

Диоды Шоттки

также имеют более низкое максимальное обратное напряжение, чем стандартные диоды, обычно 50 В или меньше. Как только это значение будет превышено, диод Шоттки выйдет из строя и начнет проводить большой ток в обратном направлении. Однако даже до достижения этого обратного значения диод Шоттки все еще будет пропускать небольшой ток, как и любой другой диод.

Как работает диод Шоттки

Типичный диод объединяет полупроводники p-типа и n-типа, образуя p-n переход.В диоде Шоттки металл заменяет полупроводник р-типа. Этот металл может варьироваться от платины до вольфрама, молибдена, золота и т. д.

При соединении металла с полупроводником n-типа образуется переход m-s. Это соединение называется барьером Шоттки. Поведение барьера Шоттки будет различаться в зависимости от того, находится ли диод в несмещенном, прямом или обратном смещении.

( Источник изображения )

Беспристрастное состояние

В несмещенном состоянии свободные электроны будут перемещаться из полупроводника n-типа в металл, чтобы установить баланс.Этот поток электронов создал барьер Шоттки, где встречаются отрицательные и положительные ионы. Свободным электронам потребуется больше энергии, чем их встроенное напряжение, чтобы преодолеть этот барьер.

( Источник изображения )

Состояние прямого смещения

Соединение положительной клеммы батареи с металлом и отрицательной клеммы с полупроводником n-типа создаст состояние с прямым смещением. В этом состоянии электроны могут пересекать переход от n-типа к металлу, если приложенное напряжение больше 0. 2 вольта. Это приводит к протеканию тока, типичному для большинства диодов.

( Источник изображения )

Состояние обратного смещения

Соединение отрицательной клеммы батареи с металлом и положительной клеммы с полупроводником n-типа создаст состояние с обратным смещением. Это состояние расширяет барьер Шоттки и препятствует прохождению электрического тока. Однако, если обратное напряжение смещения продолжает расти, это может в конечном итоге разрушить барьер.Это позволит току течь в обратном направлении и может повредить компонент.

( Источник изображения )

Диод Шоттки Производство и параметры

Существует множество способов изготовления диода Шоттки. Самый простой способ — соединить металлическую проволоку с поверхностью полупроводника, что называется точечным контактом. Некоторые диоды Шоттки все еще производятся с использованием этого метода, но он не известен своей надежностью.

( Источник изображения )

Самый популярный метод — использование вакуума для осаждения металла на поверхность полупроводника. Этот метод представляет собой проблему разрушения металлических кромок из-за воздействия электрических полей вокруг полупроводниковой пластины. Чтобы исправить это, производители защищают полупроводниковую пластину оксидным защитным кольцом. Добавление этого защитного кольца помогает повысить порог обратного пробоя и предотвращает физическое разрушение соединения.

( Источник изображения )

Параметры диода Шоттки

Ниже вы найдете список параметров, которые следует учитывать при выборе диода Шоттки для вашего следующего проекта в области электроники:

Примеры диодов Шоттки

Полезно посмотреть, как эти параметры обычно указаны на веб-сайте производителя или в техническом описании. Вот два примера:

Диод Шоттки 1N5711 — это сверхбыстродействующий переключающий диод с высокой степенью обратного пробоя, низким падением прямого напряжения и защитным кольцом для защиты перехода.

Диод Шоттки 1N5828 представляет собой диод на шпильках, используемый для выпрямления электроэнергии.

Управление потоком

Планируете работать над радиочастотным или силовым приложением, требующим работы при низком напряжении? Диоды Шоттки — это то, что нужно! Эти диоды хорошо известны своим малым падением прямого напряжения и высокой скоростью переключения. Независимо от того, используются ли они в солнечных батареях или выпрямителях энергии, вы не сможете превзойти низкое падение напряжения 0,3 В и дополнительную эффективность.Autodesk EAGLE уже включает в себя множество бесплатных библиотек диодов Шоттки, готовых к использованию. Нет необходимости делать свой собственный. Загрузите Autodesk EAGLE бесплатно уже сегодня!

Снижение номинальных характеристик диодов Шоттки

Снижение номинальных характеристик диодов Шоттки

Герд Фишер

В диодах Шоттки

используется переход металл-полупроводник, в отличие от переходов полупроводник-полупроводник, используемых в стандартных диодах. Эта конфигурация позволяет снизить падение напряжения прямого смещения (0,15–0,45 В против0,5-0,7 В) и более быстрое время переключения, что делает их идеальными для операций переключения источника питания. Недостатки диодов Шоттки включают гораздо более высокие номинальные токи утечки обратного смещения. Поскольку рекомбинация p-n не влияет на время задержки переключения, на время обратного переключения влияет только емкость.

Эти диоды обычно используются для выпрямления напряжения на выходе источника питания. Их быстрое время отклика и низкое потребление напряжения делают их идеальными для этой цели, и предполагается, что они выполняют эту функцию.Таким образом, мы в первую очередь рассмотрим влияние температуры на падение напряжения прямого смещения, емкость и утечку обратного тока.

Чтобы провести исследование снижения номинальных характеристик диодов Шоттки, в качестве примеров были выбраны три детали

  • 40L15CT Международный выпрямитель
  • MBR4015CTL НА Полупроводник
  • STPS40L15CT ST Микроэлектроника

Температура и прямое смещение

Повышенная температура уменьшает прямое падение напряжения на выпрямителях Шоттки при токах ниже примерно 50 А. Выше этой точки повышенные температуры увеличивают величину напряжения, используемого устройством.

Поскольку номинальный максимальный рабочий ток для всех выбранных выпрямителей составляет 40 А, повышение температуры будет рассматриваться только как уменьшение прямого падения напряжения во всем рабочем диапазоне выпрямителей. Использование выпрямителей Шоттки с более низким напряжением, как правило, желательно и поэтому не вызывает беспокойства при работе при повышенных температурах. Снижение номинальных характеристик для прямого тока не требуется до тех пор, пока температура корпуса не достигнет 85°C, что выходит за рамки условий окружающей среды.

Температура и обратное смещение

Повышение температуры при сохранении обратного смещения диодов выпрямителя приводит к увеличению обратного тока через диод. Каждому увеличению температуры перехода на 25°C соответствует увеличение обратного тока на порядок. Диоды Шоттки обычно устанавливаются на радиаторах, чтобы смягчить эти эффекты. Однако рассеивание тепла может стать фактором, когда температура окружающей среды повышается, что приводит к еще большему обратному току и большему выделению тепла.

Тепловыделение будет иметь решающее значение и зависит от условий окружающей среды, расположенных рядом с диодами, на которые в основном влияют общие условия окружающей среды и близость устройства к другим устройствам, выделяющим тепло.

Функциональные параметры (не указаны в спецификации)

Емкость перехода указана только для температуры окружающей среды 25°C и не показана, так как она зависит от температуры. Однако емкость перехода может увеличиваться при повышении температуры. Это может увеличить время переключения выпрямителей, хотя и не критично, поскольку рекомбинация p-n практически отсутствует, чтобы еще больше замедлить время.Таким образом, когда время восстановления увеличивается из-за увеличения электрической емкости, оно все равно будет достаточно коротким, чтобы предотвратить тепловой разгон. 3 Если схема сконструирована с небольшим допуском в отношении времени переключения, это может стать проблемой. , позволяя протекать обратному току, в то время как диоды меняют направление смещения, что приводит к повреждению чувствительных устройств ниже по потоку.

Электрическое перенапряжение (надежность)

Отказ диодов Шоттки в условиях перенапряжения обычно является результатом электростатического разряда (ЭСР).Накопления всего 1000–1500 В и последующего разряда достаточно, чтобы повредить эти детали. Обратное смещение является наиболее распространенным условием, при котором происходит электростатический разряд. Результатом чего является сдвиг кривой IE-E, меняющийся по степени от незначительного до полного короткого замыкания. Поскольку ожидается, что емкость не увеличится более чем на 5% при 85°C, повышенный риск накопления заряда и электростатического разряда считается незначительным.

Характеристики износа

Диод Шоттки редко выходит из строя из-за износа механизмов. Это особенно относится к диодам Шоттки, используемым на выходе источников питания, выход из строя которых обычно происходит из-за одиночного воздействия обратного тока. Опубликованные исследования надежности SiC Шоттки показывают срок службы > 50 лет4. Известно, что из-за большинства отказов из-за электрических перенапряжений долгосрочные механизмы отказа диодов Шоттки не имели исторического значения.

Заключение

Отказ диода Шоттки в результате повышенной температуры почти полностью зависит от правильного рассеивания тепла диодом через его радиатор и может быть смягчен путем размещения диодов вдали от других устройств, выделяющих тепло.Выход из строя сборки из-за измененных рабочих характеристик диода (т.е. большего обратного тока) более вероятен, чем прямой выход из строя самих диодов.

Приложение
Международный выпрямитель, 40L15CT

Перечисленное устройство рассчитано на работу в диапазоне температур перехода от -55°C до +125°C. Следствие: Некоторые параметрические характеристики определяются температурой корпуса (макс. 100ºC)

Проблемы с производительностью: У диодов есть несколько важных параметров, включая обратный ток, прямой ток, импульсный ток, характер падения напряжения, емкость перехода и потери мощности.Основное внимание, как правило, уделяется максимально допустимому прямому току и току утечки в обратном направлении смещения. Прямой ток не представляет опасности, так как снижение номинальных характеристик не требуется до тех пор, пока температура корпуса не достигнет 85ºC, что соответствует техническим условиям окружающей среды. Обратный ток увеличивается на несколько порядков с повышением температуры, и его необходимо учитывать.

Проблемы с надежностью: Ожидается, что долгосрочная деградация на уровне кристалла не будет проблемой.Повышенная температура в сочетании с повторяющимися циклами включения и выключения питания может вызвать усталость в месте крепления штампа.

ПО полу, MBR4015CTL

Перечисленное устройство рассчитано на работу в диапазоне температур перехода от -65°C до +125°C. Следствие: Некоторые параметрические характеристики определяются температурой корпуса (макс. 125ºC)

Проблемы с производительностью: У диодов есть несколько важных параметров, включая обратный ток, прямой ток, импульсный ток, характер падения напряжения, емкость перехода и потери мощности.Основное внимание, как правило, уделяется максимально допустимому прямому току и току утечки в обратном направлении смещения. Прямой ток не представляет опасности, так как снижение номинальных характеристик не требуется до тех пор, пока температура корпуса не достигнет 90ºC, что соответствует техническим условиям окружающей среды. Обратный ток увеличивается на несколько порядков с повышением температуры, и его необходимо учитывать.

Проблемы с надежностью: Ожидается, что долгосрочная деградация на уровне кристалла не будет проблемой.Повышенная температура в сочетании с повторяющимися циклами включения и выключения питания может вызвать усталость в месте крепления штампа.

СТ микро, STP40L15CT

В указанном устройстве не указан температурный диапазон. Перечислены несколько максимальных температур Максимальная температура перехода +125°C на первой странице спецификации Максимальная температура перехода +150°C на некоторых параметрических диаграммах Максимальная температура окружающей среды +150°C для прямого тока

Проблемы с производительностью: У диодов есть несколько важных параметров, включая обратный ток, прямой ток, импульсный ток, характер падения напряжения, емкость перехода и потери мощности.Основное внимание, как правило, уделяется максимально допустимому прямому току и току утечки в обратном направлении смещения. Прямой ток может быть проблемой, так как может потребоваться снижение номинальных характеристик при температуре окружающей среды до 50ºC. Обратный ток увеличивается на несколько порядков с повышением температуры, и его необходимо учитывать.

Проблемы с надежностью: Ожидается, что долгосрочная деградация на уровне кристалла не будет проблемой. Повышенная температура в сочетании с повторяющимися циклами включения и выключения питания может вызвать усталость в месте крепления штампа.

ОТКАЗ ОТ ОТВЕТСТВЕННОСТИ

DfR означает, что были предприняты разумные усилия для обеспечения точности и надежности информации в этом отчете. Тем не менее, DfR Solutions не дает никаких явных или подразумеваемых гарантий в отношении содержания этого отчета, включая, помимо прочего, наличие любых скрытых или явных дефектов, пригодность для продажи и/или пригодность для конкретного использования. DfR не несет ответственности за потерю возможности использования, дохода, прибыли или любой особый, случайный или косвенный ущерб, возникающий в результате, в связи с информацией, представленной в этом отчете.

Прямое падение напряжения — обзор

Использование полевого транзистора (безопасное) вместо диода

Мы понимаем, что улавливающий диод имеет значительное прямое падение напряжения, даже когда мы используем диод Шоттки с малым падением напряжения. Кроме того, этот прямой спад является относительно постоянным по отношению к току. Глядя на таблицы данных диодов, мы видим, что, как правило, уменьшение тока диода в 10 раз только вдвое снижает падение напряжения Шоттки. В то время как мы знаем, что в полевом транзисторе прямое падение почти в раз пропорционально току, поэтому обычно уменьшение тока в 10 раз снижает падение напряжения примерно в 10 раз.Таким образом, мы можем себе представить, что наличие диода, даже предположительно с малым падением напряжения Шоттки, ухудшит эффективность преобразователя, особенно при малых нагрузках . Это также будет более очевидным почти для любой нагрузки, когда вход высокий (т. е. низкий D ), поскольку диод будет проводить большую часть цикла переключения, а не полевой транзистор (переключатель).

Мы постоянно слышим о полевых МОП-транзисторах с все более и более низким падением напряжения (low R DS ) каждый день, но диодная технология, похоже, оставалась относительно застойной в этом отношении (возможно, ограниченной физикой). Поэтому естественно спросить: поскольку и диоды, и полевые транзисторы по сути являются полупроводниковыми переключателями, почему мы не можем просто поменять их местами? Одной из очевидных причин этого является то, что у диодов нет третьей (управляющей) клеммы, которую мы можем использовать для их включения или выключения по желанию, по мере необходимости. Мы заключаем, что диоды, конечно, не могут заменить полевые транзисторы, но мы должны быть в состоянии заменить диод «синхронным полевым транзистором», при условии, что мы правильно управляем им с помощью его управляющего терминала (затвора).

Что мы подразумеваем под «правильным» вождением? На самом деле существует несколько вариантов «правильного», каждый со своими плюсами и минусами, как мы вскоре увидим.Тем не менее, безусловно, существует очевидный способ управления этим синхронным полевым транзистором. Его обычно называют «режимом эмуляции диода». Здесь мы очень просто пытаемся сделать полевой транзистор похожим на базовым поведением диода, но также в процессе стать диодом с гораздо более низким прямым падением напряжения. Это означает, что нам нужно управлять затвором синхронного полевого транзистора таким образом, чтобы полевой транзистор проводил точно тогда, когда проводящий диод, который он пытается заменить, должен был бы проводить, и прекращал проводить ток, когда этот диод перестал бы проводить (нам, вероятно, потребуется некоторое сложная схема для этого, но мы не будем вдаваться здесь в детализированные аспекты реализации).По крайней мере концептуально, мы предполагаем, что не можем ошибиться здесь.

К этому моменту мы немного перемотали вперед и представили сигналы «режима эмуляции диода» для синхронного понижающего преобразователя на рис. 9.1, показывая приводы затворов двух полевых транзисторов и соответствующий ток дросселя. Обратите внимание, что в синхронных топологиях обычно используемые обозначения полевых транзисторов, такие как «верхний» и «нижний» или «верхний» и «нижний», не обязательно указывают на фактическую функцию и всегда могут меняться. Поэтому в этой главе мы обычно предпочитали называть переключатель (т. е., управляющий полевой транзистор) как «Q», а синхронный полевой транзистор как «Qs». Это не может измениться!

Рисунок 9.1. Синхронные сигналы Buck с фиксированной частотой.

Отметим, что при «высоких нагрузках» (т.е. при всей осциллограмме тока дросселя выше «уровня моря») осциллограммы практически неотличимы от классического «асинхронного» Buck, работающего в СКМ (хотя, конечно, мы ожидаем более высокой эффективности, что не очевидно при взгляде на осциллограммы). Точно так же при малых нагрузках, применяя форму волны напряжения затвора для Qs, как показано на рисунке, мы гарантируем, что синхронный полевой транзистор работает таким образом, что формы сигналов практически неотличимы от несинхронного понижающего транзистора, работающего в режиме DCM.Итак, мы спрашиваем: если эти формы сигналов верны, значит ли это, что теперь мы можем пойти дальше и полностью удалить защитный диод?

Не так быстро! Поскольку мы имеем дело с катушкой индуктивности, поведение которой иногда почти противоречит интуиции, нам нужно быть особенно осторожными. Мы интуитивно понимаем, что улавливающий диод является «естественным» в том смысле, что он доступен при необходимости — он автоматически представляет путь к свободному току катушки индуктивности, без вмешательства пользователя . По сути, мы не можем сделать здесь ничего плохого, потому что мы ничего не делаем.Как упоминалось в Глава 1 , единственное, что мы делаем изначально, это размещаем этот диод в нужном месте, указывая в правильном направлении. Затем мы просто сидим и полагаемся на ток индуктора, чтобы установить любые напряжения, необходимые для создания пути свободного хода. Таким образом, со всеми возможными перестановками мы получаем наши разные топологии и конфигурации. Во всех случаях, если имеется диодный тракт, дроссель не будет «жаловаться» в виде «убийственного всплеска напряжения», описанного на рисунке 1.6. Однако, когда мы используем полевой транзистор вместо диода, то есть синхронный полевой транзистор, у нас появляется дополнительный вывод управления. А с этими дополнительными полномочиями приходит и дополнительная ответственность. Например, если этот полевой транзистор каким-то образом отключится в неподходящий момент, мы, вероятно, сможем воскресить убийственный всплеск напряжения. Поэтому, помня об этих отрезвляющих мыслях, мы начинаем с особой тщательностью пересматривать некоторые реальные сценарии синхронных полевых транзисторов. Наше внимание основано, главным образом, на том факте, что в действительности элементы управления Gate для Q и Qs не будут идеально соответствовать и не будут включаться и выключаться так точно, как мы, возможно, планировали (из-за задержек драйвера, внутренних задержек, вариации процессов и др.).

Диод Шоттки_Верхний диод

Диод Шоттки

Диод Шоттки, также известный как диод с горячим носителем, представляет собой полупроводниковый диод, который имеет низкое прямое падение напряжения и очень быстрое переключение. Когда через диод протекает ток, на клеммах диода возникает небольшое падение напряжения. Падение напряжения на обычном диоде составляет от 0,6 до 1,7 вольт, тогда как падение напряжения на диоде Шоттки обычно составляет от 0,15 до 0,45 вольт. Это более низкое падение напряжения обеспечивает лучшую эффективность системы и более высокую скорость переключения.В диоде Шоттки переход полупроводник-металл образуется между полупроводником и металлом, создавая таким образом барьер Шоттки. Полупроводник N-типа действует как катод, а металлическая сторона действует как анод диода. Этот барьер Шоттки обеспечивает как низкое прямое падение напряжения, так и очень быстрое переключение.

Topdiode предлагает различные виды диодов Шоттки, как показано ниже:

Диоды Шоттки

  Пиковое повторяющееся обратное напряжение
    20 В 30 В 40В 50В 60В 80В 100В 150В 200В
Средний прямой ток 1. 1N5817 1N5818 1N5819            
СБ120 СБ130 СБ140 СБ150 СБ160 СБ180 СБ1100    
2.0А СБ220 СБ230 СБ240 СБ250 СБ260 СБ280 СБ2100 СБ2150 СБ2200
3,0 А 1N5820 1N5821 1N5822            
СБ320 СБ330 СБ340 СБ350 СБ360 СБ380 СБ3100 СБ3150 СБ3200
5. СБ520 СБ530 СБ540 СБ550 СБ560 СБ580 СБ5100 СБ5150 СБ5200

Диоды Шоттки для поверхностного монтажа SMD

  Пиковое повторяющееся обратное напряжение
20В 40В 60В 100В 150В 200В
Средний прямой ток 1.0А СС12А СС14А СС16А СС110А    
2,0 А СС22А СС24А СС26А СС210А СС215А  
SS22B СС24Б СС26Б СС210Б СС215Б  
3. СС32А СС34А СС36А СС310А    
СС32Б СС34Б СС36Б СС310Б СС315Б  
SS32C СС34К СС36К СС310К СС315К СС320К

Основы серии SiC: Основы SiC Диоды Шоттки

В последнем блоге мы рассмотрели долговечность SiC.В этом блоге мы рассмотрим свойства и характеристики SiC-диодов Шоттки, включая обзор того, что отличает диоды Шоттки и как они работают.

Что отличает диод Шоттки

В типичном диоде p-n переход формируется путем объединения полупроводников p-типа и n-типа. Однако диоды Шоттки отличаются: вместо полупроводника p-типа используется металл. Затем вместо p-n-перехода у вас есть m-s-переход, известный как барьер Шоттки (отсюда и название этих диодов).

Как работают диоды Шоттки

Принцип работы диода Шоттки зависит от того, находится ли он в несмещенном, прямом или обратном смещении. Когда диод Шоттки находится в несмещенном состоянии, свободные электроны будут перемещаться из полупроводника n-типа в металл. Это образует барьер, где встречаются положительные и отрицательные электроны, и любым свободным электронам потребуется энергия, отличная от их встроенного напряжения, чтобы успешно преодолеть этот барьер.

В случае состояния с прямым смещением электроны могут пересечь барьер, если напряжение больше 0.2 В. С другой стороны, в состоянии с обратным смещением барьер фактически расширяется, и электрический ток предотвращается. Но есть одна загвоздка: если обратное напряжение смещения продолжает расти, оно может разрушить барьер и привести к повреждению.

Преимущества диодов Шоттки

Одним из наиболее известных преимуществ диода Шоттки является тот факт, что он потребляет меньше напряжения, чем стандартный диод, что приводит к низкому падению прямого напряжения и большему напряжению для фактической мощности. Загрузка.Поскольку эти диоды потребляют меньше энергии, они отлично подходят для низковольтных приложений. Они также известны своей высокой скоростью переключения, потому что небольшое количество заряда, остающегося в диоде, обеспечивает более быстрое время восстановления. И последнее, но не менее важное: диоды Шоттки генерируют меньше электромагнитных помех при переключении.

Характеристики SiC-диодов Шоттки

Использование SiC с конструкцией MPS (объединенный вывод-PiN-Шоттки) использует преимущества естественной долговечности SiC, чтобы обеспечить более прочную, надежную и прочную альтернативу традиционным конструкциям Si.SiC-диоды Шоттки имеют лучшую проводимость (как электрическую, так и тепловую), чем их Si-аналоги. Эти комбинированные свойства позволяют добиться низкого падения прямого напряжения во всем диапазоне рабочих температур диода, а не только в небольшой его части. Конструкция MPS с использованием SiC позволяет достичь более высокой пропускной способности по прямому току. SiC-диоды Шоттки также имеют более высокое напряжение пробоя и лучшую устойчивость к импульсным перенапряжениям, чем модели Si.

SiC-диоды Шоттки нашли множество различных применений, в основном в силовой электронике.Их можно найти в приложениях, связанных с солнечными батареями, электрическими и гибридными системами питания транспортных средств, радиочастотными детекторами, схемами силовых выпрямителей и промышленной энергетикой. Компания Wolfspeed специализируется на разработке SiC-диодов Шоттки, и их конструкция 6-го поколения готова для использования в ваших собственных разработках.

Диод Шоттки – определение, символ, работа и применение

Шоттки определение диода

Шоттки диод представляет собой диод с переходом металл-полупроводник, который имеет меньшую прямое падение напряжения, чем на диоде PN-перехода, и может быть используется в высокоскоростных коммутационных приложениях.

Что это диод шоттки?

В нормальный р-н переходной диод p-типа полупроводник и n-тип полупроводник используются для формирования p-n узел. При соединении полупроводника p-типа с полупроводник n-типа, соединение образуется между и полупроводник N-типа.Этот переход известен как P-N узел.

В диод Шоттки, металлы, такие как алюминий или платина, заменяют полупроводник P-типа. Диод Шоттки назван в честь Немецкий физик Вальтер Х. Шоттки.

Шоттки диод также известен как диод с барьером Шоттки, поверхностный барьер диод, устройство с основными носителями, диод с горячими электронами или горячий несущий диод. Диоды Шоттки широко используются в радиотехнике. частотные (РЧ) приложения.

Когда алюминий или платиновый металл соединяется с полупроводником N-типа, переход образуется между металлом и полупроводником N-типа. Этот переход известен как переход металл-полупроводник или перекресток М-С. Переход металл-полупроводник, образованный между металл и полупроводник n-типа создают барьер или истощение слой, известный как барьер Шоттки.

Шоттки диод может включаться и выключаться намного быстрее, чем диод с p-n переходом. Кроме того, диод Шоттки производит меньше нежелательных шумов, чем диод p-n. переходной диод. Эти две характеристики шоттки диод делает его очень полезным в высокоскоростном переключении мощности схемы.

Когда достаточный на диод Шоттки подается напряжение, ток начинает течь в прямом направлении.Из-за этого ток, на клеммах происходит небольшая потеря напряжения диода Шоттки. Эта потеря напряжения известна как напряжение уронить.

А кремниевый диод имеет падение напряжения от 0,6 до 0,7 вольт, а Диод Шоттки имеет падение напряжения от 0,2 до 0,3 вольта. Напряжение потеря или падение напряжения — это количество напряжения, потраченного впустую для включения на диоде.

В кремниевый диод, от 0,6 до 0,7 вольт тратится на включение диод, тогда как в диоде Шоттки теряется от 0,2 до 0,3 вольта включить диод. Следовательно, диод Шоттки потребляет меньшее напряжение для включения.

напряжение, необходимое для включения диода Шоттки, такое же, как и германиевого диода.А вот германиевые диоды используются редко потому что скорость переключения германиевых диодов очень низкая, т.к. по сравнению с диодами Шоттки.

Символ диода шоттки

символ диода Шоттки показан на рисунке ниже. В диод Шоттки, металл выступает в роли анода и n-типа полупроводник действует как катод.

Металл-полупроводник (МС) развязка

Металл-полупроводник (MS) соединение представляет собой тип соединения, образованного между металлом и полупроводник n-типа, когда металл соединен с полупроводник n-типа.Переход металл-полупроводник также иногда называют соединением MS.


переход металл-полупроводник может быть как невыпрямляющим, так и исправление. Невыпрямляющий переход металл-полупроводник называется омическим контактом. Выпрямитель металл-полупроводник переход называется неомическим контактом.

Что барьер Шоттки?

Барьер Шоттки истощение слой, образованный на стыке металла и n-типа полупроводник.Проще говоря, барьер Шоттки потенциал энергетический барьер, образованный на границе металл-полупроводник узел. Электроны имеют чтобы преодолеть этот потенциальный энергетический барьер для потока через диод.

исправление переход металл-полупроводник образует выпрямляющую цепь Шоттки барьер. Этот выпрямляющий барьер Шоттки используется для создания устройство, известное как диод Шоттки.Неисправление переход металл-полупроводник образует невыпрямляющую цепь Шоттки. барьер.

Один Одной из важнейших характеристик барьера Шоттки является высота барьера Шоттки. Значение этой высоты барьера зависит от сочетания полупроводника и металла.

высота барьера Шоттки омического контакта (невыпрямляющего барьер) очень низкий, в то время как высота барьера Шоттки неомический контакт (выпрямляющий барьер) высокий.

В невыпрямляющий барьер Шоттки, высота барьера недостаточно высока, чтобы сформировать истощение область, край. Таким образом, область истощения незначительна или отсутствует в омический контактный диод.

Вкл. с другой стороны, при устранении барьера Шоттки барьер высота достаточно высока, чтобы образовать обедненную область. Итак область обеднения присутствует в неомическом контактном диоде.

невыпрямляющий переход металл-полупроводник (омический контакт) предлагает очень низкое сопротивление электрическому току, тогда как выпрямительный переход металл-полупроводник обеспечивает высокое сопротивление к электрическому току по сравнению с омическим контактом.

исправление Барьер Шоттки образуется при контакте металла с слаболегированный полупроводник, в то время как невыпрямляющий Барьер образуется, когда металл находится в контакте с сильно легированный полупроводник.

омический контакт имеет линейную вольтамперную характеристику (ВАХ), тогда как неомический контакт имеет нелинейную вольтамперную характеристику (ВАХ) изгиб.

Энергия диаграмма диапазонов диода Шоттки

диаграмма зон энергий полупроводника N-типа и металла показано на рисунке ниже.

Уровень вакуума определяется как энергетический уровень электронов, находятся вне материала. работа выхода определяется как энергия требуется, чтобы переместить электрон с уровня Ферми (E F ) на уровень вакуума (E 0 ).

Работа выхода различна для металла и полупроводника. Работа выхода металла больше работы выхода полупроводник. Следовательно, электроны в n-типе полупроводник обладает большей потенциальной энергией, чем электроны в металл.

энергетические уровни металла и полупроводника различны. Уровень Ферми на стороне полупроводника N-типа лежит выше сторона металл.

Мы известно, что электроны на более высоком энергетическом уровне имеют больше потенциальной энергии, чем у электронов на более низком энергетическом уровне. Таким образом, электроны в полупроводнике N-типа имеют больше потенциальной энергии больше, чем у электронов в металле.

диаграмма зон энергий металла и полупроводника n-типа после контакта показано на рисунке ниже.

Когда металл соединяется с полупроводником n-типа, устройство создан известный как диод Шоттки. Встроенное напряжение (В и ) для диода Шоттки определяется разницей между работой функции металла и полупроводника n-типа.

Как диод шоттки работает?

Беспристрастный диод шоттки

Когда в металл соединяется с полупроводником n-типа, проводимость зонные электроны (свободные электроны) в полупроводнике n-типа перейдет от полупроводника n-типа к металлу, чтобы установить равновесное состояние.

Мы известно, что когда нейтральный атом теряет электрон, он становится положительным ионом аналогично когда нейтральный атом получает лишний электрон, он становится отрицательный ион.

проводимость зонные электроны или свободные электроны, которые пересекают соединение, обеспечивают дополнительные электроны к атомам в металле. В результате атомы на металлическом стыке получают дополнительные электроны и атомы на n-стороне соединения теряют электроны.

атомы, потерявшие электроны на n-стороне перехода, станут положительные ионы, тогда как атомы, которые получают дополнительные электроны при соединение металла станет отрицательными ионами.Таким образом, положительный ионы создаются на n-стороннем соединении, а отрицательные ионы создается на стыке металла. Эти положительные и отрицательные ионы — это не что иное, как обедненная область.

С металл имеет море свободных электронов, ширина которого эти электроны движутся в металле пренебрежимо мало, поскольку по сравнению с шириной внутри полупроводника n-типа.Итак в первую очередь присутствует встроенный потенциал или встроенное напряжение внутри полупроводника n-типа. Встроенное напряжение – это барьер, видимый электронами зоны проводимости n-типа полупроводник при попытке перейти в металл.

Кому Для преодоления этого барьера свободные электроны нуждаются в большей энергии чем встроенное напряжение. В несмещенном диоде Шоттки только небольшое количество электронов будет течь из полупроводника n-типа к металлу.Встроенное напряжение предотвращает дальнейший поток электронов из зоны проводимости полупроводника в металл.

перенос свободных электронов из полупроводника n-типа в металла приводит к искривлению энергетических зон вблизи контакта.

Вперед смещенный диод Шоттки

Если положительный полюс батареи соединен с металлом а минусовая клемма аккумулятора подключается к Полупроводник n-типа, диод Шоттки называется прямым пристрастный.

Когда на диод Шоттки подается прямое напряжение смещения, большое количество свободных электронов генерируется в n-типе полупроводник и металл. Однако свободные электроны в n-типе полупроводник и металл не могут пересечь соединение, если приложенное напряжение больше 0,2 вольта.

Если приложенное напряжение больше 0.2 вольта, бесплатно электроны набирают достаточную энергию и преодолевают встроенное напряжение обедненной области. Как результат, через диод Шоттки начинает течь электрический ток.

Если приложенное напряжение постоянно увеличивается, истощение область становится очень тонкой и, наконец, исчезает.

Реверс диод Шоттки смещения

Если минусовая клемма аккумулятора соединена с металлом а плюсовая клемма аккумулятора подключается к Полупроводник n-типа, диод Шоттки называется обратным. пристрастный.

Когда на диод Шоттки подается обратное напряжение смещения, ширина истощения увеличивается. В результате электрический ток перестает течь. Тем не менее, небольшой ток утечки протекает из-за термически возбужденные электроны в металле.

Если напряжение обратного смещения постоянно увеличивается, электрический ток постепенно увеличивается из-за слабого барьера.

Если напряжение обратного смещения значительно увеличено, внезапный рост в электрическом токе имеет место. Этот внезапный рост электрического ток вызывает разрушение обедненной области, что может необратимо повредить устройство.

В-И характеристики диода шоттки

ВАХ (вольтамперная характеристика) диода Шоттки показано на рисунке ниже.Вертикальная линия внизу на рисунке представлен ток, протекающий через диод Шоттки, а горизонтальная линия представляет собой напряжение, приложенное к диод шоттки.

ВАХ диода Шоттки почти аналогичны Диод с P-N переходом. Однако прямое падение напряжения диод Шоттки очень низкий по сравнению с переходом P-N диод.

прямое падение напряжения на диоде Шоттки составляет от 0,2 до 0,3 вольта. тогда как прямое падение напряжения на кремниевом диоде с PN-переходом составляет от 0,6 до 0,7 вольт.

Если напряжение прямого смещения больше 0,2 или 0,3 вольта, через диод Шоттки начинает течь электрический ток.

В диоде Шоттки обратный ток насыщения возникает при очень низкое напряжение по сравнению с кремниевым диодом.

Разница между диодом Шоттки и диодом с PN-переходом

Основное различие между диодом Шоттки и диодом с pn-переходом выглядит следующим образом:

В диод Шоттки, свободные электроны несут большую часть электрического ток. Отверстия проводят незначительный электрический ток. Так шоттки диод является однополярным устройством.В диоде P-N перехода оба свободны электроны и дырки проводить электрический ток. Таким образом, диод с P-N-переходом представляет собой биполярное устройство.

обратное напряжение пробоя диода Шоттки очень мало, т.к. по сравнению с диодом с p-n переходом.

В диод Шоттки, область обеднения отсутствует или незначительна, тогда как в диоде с p-n переходом присутствует обедненная область.

напряжение включения диода Шоттки очень низкое по сравнению с к диоду с p-n переходом.

В диод Шоттки, электроны являются основными носителями в обоих металл и полупроводник. В диоде с PN-переходом электроны большинство носителей в n-области и дыры составляют большинство перевозчики в р-регионе.

Преимущества диода шоттки

Мы знаю эту емкость это способность накапливать электрический заряд.В П-Н переходный диод, область обеднения состоит из накопленных обвинения. Итак, емкость существует. Эта емкость присутствует на переходе диода. Так это известно как емкость перехода.

В диод Шоттки, накопленные заряды или область обеднения незначительный. Таким образом, диод Шоттки имеет очень низкую емкость.

  • Быстрый реверс время восстановления

время, за которое диод переходит из состояния ВКЛ в Состояние OFF называется обратным временем восстановления.

В для переключения из состояния ВКЛ. (проводящего) в состояние ВЫКЛ. (непроводящее) состояние, накопленные заряды в состоянии истощения область должна быть сначала разряжена или удалена до диода переключиться в выключенное (непроводящее) состояние.

Диод P-N перехода не сразу переключается из состояния ON в ВЫКЛ., так как для разрядки или удаления требуется некоторое время. накопленные заряды в области истощения.Однако в Шоттки диода, область обеднения незначительна. Итак, шоттки диод немедленно переключится из состояния ON в состояние OFF.

Мы знать, что область истощения незначительна в Шоттки диод. Таким образом, приложения небольшого напряжения достаточно для получения больших ток.

  • Низкий вперед Падение напряжения или низкое напряжение включения

напряжение включения диода Шоттки очень маленькое по сравнению с к диоду P-N перехода.Напряжение включения для Шоттки для диода составляет от 0,2 до 0,3 вольт, тогда как для диода с PN-переходом от 0,6 до 0,7 вольта. Поэтому приложения небольшого напряжения достаточно, чтобы создают электрический ток в диоде Шоттки.

  • Высокий эффективность
  • Шоттки диоды работают на высоких частотах.
  • Шоттки Диод производит меньше нежелательных шумов, чем диод с PN-переходом.

Недостатки из диод шоттки

  • Большой обратный ток насыщения

Шоттки диод производит больший обратный ток насыщения, чем p-n переходной диод.

приложений диодов шоттки

  • Шоттки диоды используются в качестве выпрямителей общего назначения.
  • Шоттки диоды используются в радиочастотных (РЧ) приложениях.
  • Шоттки диоды широко используются в источниках питания.
  • Шоттки диоды используются для обнаружения сигналов.
  • Шоттки диоды используются в логических схемах.

Типы диодов

различные типы диодов следующие:

  1. Зенер диод
  2. Лавинный диод
  3. Фотодиод
  4. Свет Излучающий диод
  5. Лазер диод
  6. Туннель диод
  7. Шоттки диод
  8. Варактор диод
  9. П-Н переходной диод

Нужны ли вашим схемам диоды Шоттки? | Блог Advanced PCB Design

 

В первые годы моей работы над уникальными полупроводниковыми устройствами последнее, чего мы хотели, — это создать барьер Шоттки на границе раздела металл-полупроводник.Результирующее поведение выпрямления нежелательно во многих приложениях, но вы можете воспользоваться этим выпрямлением между металлом и полупроводником. Этот тип диода называется диодом Шоттки, и он находит свое применение в ряде важных приложений, требующих выпрямления с малым падением напряжения.

По сравнению с диодами p-n диод Шоттки обеспечивает более низкое падение напряжения на диоде при малом обратном смещении. Некоторые применения диодов Шоттки включают выпрямители в импульсных стабилизаторах, защиту от разряда в силовой электронике и выпрямительные цепи, требующие высокой скорости переключения.Если вы планируете моделировать поведение цепей с диодами Шоттки или любых цепей с выпрямляющим элементом, обратите внимание на крайне нелинейное поведение этих компонентов. Вот что вам нужно иметь в виду при разработке этих схем.

Что такое диод Шоттки?

Диод Шоттки иногда называют диодом с барьером Шоттки или просто диодом с барьером. Эти диоды изготавливаются путем помещения металлической пленки в контакт со слоем полупроводника (обычно n-типа).Эти диоды смещены в прямом направлении, когда металлическая сторона находится под более высоким потенциалом, чем сторона полупроводника, и наоборот для обратного смещения. Типичными металлами, используемыми в диоде Шоттки, являются платина, хром, молибден или вольфрам. Некоторые силициды металлов, такие как силицид палладия и силицид платины, также используются в диодах Шоттки.

Очевидно, что на другой стороне полупроводникового слоя должен быть металл, чтобы обеспечить путь для движения носителей заряда через устройство. В диоде Шоттки для электрических контактов используются два разнородных металла.Металл на аноде образует выпрямляющий переход в диоде Шоттки, известный как барьер Шоттки. Со стороны катода выпрямляющий переход отсутствует, а граница раздела металл-полупроводник действует как небольшой резистор (называемый омическим контактом).

 

Символ и структура диода Шоттки

 

По сравнению с p-n-диодом, в диоде Шоттки имеется только один омический контакт, а у p-n-диода два омических контакта (по одному на каждой стороне устройство).Это одна из причин, по которой диод Шоттки имеет меньшее прямое падение напряжения, чем p-n-диод; напряжение падает только на один омический контакт, в то время как другой контакт в диоде Шоттки обеспечивает выпрямление. Прямое падение напряжения на диоде Шоттки составляет ~300 мВ, тогда как на кремниевом диоде оно составляет ~600 мВ.

Помимо этой характеристики, диоды Шоттки ведут себя так же, как и стандартные p-n-диоды, когда работают со смещением постоянного тока. Если вы хотите смоделировать эти компоненты перед созданием реальной схемы, важно отметить, особенно с их уникальным временем восстановления и соображениями легирования, что модели SPICE могут сделать это простым, точным и выгодным для вашего общего процесса проектирования.Но при переключении смещения постоянного тока или при работе с сигналом переменного тока диоды Шоттки ведут себя совсем иначе, чем стандартные p-n-диоды или диоды Шокли.

Время обратного восстановления диода Шоттки

Одним из важных аспектов работы диода Шоттки является время обратного восстановления при переключении между выпрямляющим и невыпрямляющим состояниями. Благодаря металлическому контакту в устройстве диод Шоттки имеет гораздо более быстрое обратное время восстановления, чем обычный p-n-диод. Любой диод будет иметь некоторую емкость на металлических контактах.В диоде Шоттки паразитная емкость на границе металл-полупроводник меньше, чем на переходе в кремниевом диоде, поэтому время его обратного восстановления намного быстрее.

Время обратного восстановления в диоде Шоттки может достигать ~100 пс. Более крупные диоды Шоттки, используемые в силовой электронике (например, в импульсных источниках питания), имеют более длительное время обратного восстановления, обычно достигающее ~10 нс. Сравните это с типичным быстрым pn-диодом, где время обратного восстановления составляет не менее ~100 нс.

Вот почему диод Шоттки нашел свое применение в импульсных стабилизаторах. Быстрое время восстановления диода Шоттки позволяет использовать его с частотами ШИМ, достигающими уровня МГц. Объедините это с более высокой скоростью фронта сигнала ШИМ, и вы получите систему, которая может успешно работать на более высоких частотах, полностью отключая драйвер MOSFET в регуляторе. Если бы в такой системе использовался p-n-диод, максимальная частота ШИМ и скорость фронта были бы ограничены медленным временем обратного восстановления p-n-диода.

Диоды Шоттки для ВЧ и силовой электроники

Если транзистор в вашем регуляторе находится в режиме насыщения, диод Шоттки также полезен для ограничения напряжения, который ограничивает напряжение, подаваемое на базу, направляя некоторый ток на эмиттер/коллектор (или исток). /слив в MOSFET). Другое возможное применение — схема ограничения высоких частот, где пара диодов Шоттки, включенных встречно-параллельно, будет ограничивать выходное напряжение при обратном токе насыщения.Это хорошо ограничивает амплитуду сигнала переключения до некоторого максимума, предотвращая потенциальное повреждение нижестоящего устройства.

 

Ограничение напряжения и обнаружение ВЧ с помощью диода Шоттки

 

Диоды Шоттки меньшего размера также важны в ВЧ детекторах и смесителях, которые могут работать на частотах до 50 ГГц. Эти меньшие диоды ограничены по максимальному напряжению, с которым они могут работать, но их низкие паразитные емкости обеспечивают быстрое время переключения, необходимое для обнаружения радиочастот (см. схему выше).Есть много других применений, в которых можно использовать диод Шоттки благодаря низкому падению напряжения в прямом направлении и быстрому обратному времени восстановления.

Независимо от того, какой тип диода Шоттки вы создаете, вы можете точно оценить поведение схемы, используя подходящее программное обеспечение для проектирования и анализа печатных плат и набор проверенных моделей компонентов для моделирования. Инструменты проектирования и моделирования в PSpice Simulator для OrCAD, а также полный набор инструментов анализа от Cadence идеально подходят для оценки выпрямления, переключения и других аспектов этих компонентов в более крупной системе.Инструменты подготовки к производству также помогают гарантировать, что ваши компоненты будут доступны в масштабе.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.