ไดโอดกั้น Schottky เป็นไดโอดเซมิคอนดักเตอร์ที่ออกแบบมาให้มีแรงดันไฟฟ้าไปข้างหน้าน้อยที่สุดและความเร็วในการสลับที่รวดเร็วซึ่งอาจต่ำถึง 10 ns สิ่งเหล่านี้ผลิตขึ้นในช่วงกระแส 500 mA ถึง 5 แอมป์และสูงสุด 40 V. เนื่องจากคุณสมบัติเหล่านี้จึงเหมาะเป็นพิเศษในการใช้งานไฟฟ้าแรงต่ำความถี่สูงเช่นใน SMPS และยังเป็นไดโอดอิสระที่มีประสิทธิภาพ

“ข้อดีและข้อเสียของนาโนเทคโนโลยี ”

สัญลักษณ์ของอุปกรณ์แสดงในภาพต่อไปนี้:

มารยาท: https://en.wikipedia.org/wiki/Schottky_diode

การก่อสร้างภายใน

ไดโอด Schottky ถูกสร้างขึ้นแตกต่างกันเมื่อเทียบกับไดโอดทางแยก p-n แบบดั้งเดิม แทนที่จะเป็นทางแยก p-n พวกเขาสร้างขึ้นโดยใช้ไฟล์ ทางแยกสารกึ่งตัวนำโลหะ ดังแสดงด้านล่าง

ส่วนเซมิคอนดักเตอร์ส่วนใหญ่สร้างขึ้นโดยใช้ซิลิกอนชนิด n และยังมีวัสดุที่แตกต่างกันเช่นทองคำขาวทังสเตนโมลิบดีนัมโครเมี่ยมเป็นต้นไดโอดอาจมีลักษณะแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับวัสดุที่ใช้ทำให้สามารถปรับปรุงได้ ความเร็วในการเปลี่ยนแรงดันไฟฟ้าไปข้างหน้าลดลงเป็นต้น

มันทำงานอย่างไร

ใน Schottky ไดโอดอิเล็กตรอนจะกลายเป็นพาหะส่วนใหญ่ในวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ในขณะที่ในโลหะมีการแสดงพาหะของชนกลุ่มน้อยที่มีขนาดเล็กมาก (รู) เมื่อวัสดุทั้งสองเชื่อมโยงกันอิเล็กตรอนที่อยู่ในเซมิคอนดักเตอร์ซิลิกอนจะเริ่มไหลอย่างรวดเร็วไปยังโลหะที่เชื่อมต่อส่งผลให้มีการถ่ายโอนพาหะส่วนใหญ่จำนวนมาก เนื่องจากพลังงานจลน์ที่เพิ่มขึ้นมากกว่าโลหะโดยทั่วไปจึงเรียกว่า 'พาหะร้อน'

จุดเชื่อมต่อ p-n ปกติไดโอดพาหะของชนกลุ่มน้อยจะถูกฉีดข้ามขั้วที่อยู่ติดกันที่แตกต่างกัน ในขณะที่ใน Schottky ไดโอดอิเล็กตรอนจะถูกฉีดข้ามบริเวณที่มีขั้วเหมือนกัน

การไหลเข้าของอิเล็กตรอนจำนวนมากไปยังโลหะทำให้เกิดการสูญเสียตัวพาสำหรับวัสดุซิลิกอนที่บริเวณใกล้กับพื้นผิวทางแยกซึ่งคล้ายกับบริเวณพร่องของจุดต่อ p-n ของไดโอดอื่น ๆ ผู้ให้บริการเพิ่มเติมในโลหะจะสร้าง 'กำแพงด้านลบ' ในโลหะระหว่างโลหะกับเซมิคอนดักเตอร์ซึ่งปิดกั้นการเข้าสู่กระแสเพิ่มเติม ความหมายของอิเล็กตรอนที่มีประจุลบที่เซมิคอนดักเตอร์ซิลิกอนภายในไดโอด Schottky ช่วยให้เกิดพื้นที่ปลอดพาหะพร้อมกับผนังด้านลบที่พื้นผิวโลหะ

อ้างถึงรูปที่แสดงด้านล่างการใช้กระแสไบแอสไปข้างหน้าในจตุภาคแรกทำให้พลังงานของอุปสรรคด้านลบลดลงเนื่องจากแรงดึงดูดเชิงบวกจากอิเล็กตรอนในบริเวณนี้ สิ่งนี้นำไปสู่การไหลกลับของอิเล็กตรอนในปริมาณมหาศาลข้ามเขตแดน ขนาดของอิเล็กตรอนเหล่านี้ขึ้นอยู่กับขนาดของศักย์ที่ใช้สำหรับการให้น้ำหนัก

ความแตกต่างระหว่างไดโอดปกติและไดโอด Schottky

เมื่อเทียบกับไดโอด p-n ปกติแล้วทางแยกสิ่งกีดขวางในไดโอด Schottky จะต่ำกว่าทั้งในบริเวณไบแอสไปข้างหน้าและย้อนกลับ

สิ่งนี้ช่วยให้ไดโอด Schottky มีการนำกระแสที่ดีขึ้นมากสำหรับระดับความเอนเอียงของอคติในระดับเดียวกันทั้งในภูมิภาคอคติไปข้างหน้าและย้อนกลับ สิ่งนี้ดูเหมือนจะเป็นคุณสมบัติที่ดีในพื้นที่อคติไปข้างหน้าแม้ว่าจะไม่ดีสำหรับพื้นที่อคติย้อนกลับก็ตาม

คำจำกัดความของคุณสมบัติทั่วไปของไดโอดเซมิคอนดักเตอร์สำหรับพื้นที่ไบแอสไปข้างหน้าและย้อนกลับแสดงโดยสมการ:

ผม _ง = ฉัน _ส ( คือ ^{kVd / Tk} -1)

โดยที่ Is = กระแสอิ่มตัวย้อนกลับ
k = 11,600 / ηโดยη = 1 สำหรับวัสดุเจอร์เมเนียมและη = 2 สำหรับวัสดุซิลิคอน

สมการเดียวกันนี้อธิบายการเพิ่มขึ้นของกระแสไฟฟ้าในไดโอด Schottky ในรูปต่อไปนี้อย่างไรก็ตามปัจจัยηถูกกำหนดโดยประเภทของการสร้างไดโอด

การเปรียบเทียบลักษณะของไดโอด hot-carrier และ p-n

ในพื้นที่อคติย้อนกลับกระแส คือ ส่วนใหญ่เกิดจากการที่อิเล็กตรอนของโลหะเหล่านั้นเดินทางเข้าไปในวัสดุเซมิคอนดักเตอร์

ลักษณะอุณหภูมิ

สำหรับไดโอด Schottky หนึ่งในประเด็นหลักที่ได้รับการวิจัยอย่างต่อเนื่องคือวิธีลดกระแสรั่วไหลจำนวนมากที่อุณหภูมิสูงกว่า 100 ° C

สิ่งนี้นำไปสู่การผลิตอุปกรณ์ที่ดีขึ้นและดีขึ้นซึ่งสามารถทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพแม้ในอุณหภูมิที่สูงเกินไประหว่าง - 65 ถึง + 150 ° C

ในอุณหภูมิห้องโดยทั่วไปการรั่วไหลนี้อาจอยู่ในช่วงไมโครแอมแปร์สำหรับไดโอด Schottky ที่ใช้พลังงานต่ำและในช่วงมิลลิแอมป์สำหรับอุปกรณ์กำลังสูง

“ตัวต้านทานแบบดึงลงทำงานอย่างไร ”

อย่างไรก็ตามตัวเลขเหล่านี้มีขนาดใหญ่กว่าเมื่อเทียบกับไดโอด p-n ปกติที่คุณสมบัติด้านพลังงานเดียวกัน นอกจากนี้ไฟล์ คะแนน PIV สำหรับไดโอด Schottky อาจน้อยกว่าไดโอดแบบดั้งเดิมของเรามาก

ตัวอย่างเช่นโดยปกติอุปกรณ์ 50 แอมป์อาจมีระดับ PIV 50 V ในขณะที่อาจสูงถึง 150 V สำหรับไดโอด 50 แอมป์ปกติ ที่กล่าวว่าความก้าวหน้าล่าสุดได้เปิดใช้งานไดโอด Schottky ที่มีการให้คะแนน PIV มากกว่า 100 V ที่ค่าแอมแปร์ที่ใกล้เคียงกัน

ค่อนข้างชัดเจนจากการแสดงกราฟิกด้านบนว่าไดโอด Schottky นั้นมาจากชุดคุณสมบัติที่เกือบจะเหมาะที่สุดดีกว่าไดโอดคริสตัล (ไดโอดจุดสัมผัส) โดยทั่วไปแล้วไดโอดจุดสัมผัสที่ลดลงไปข้างหน้าจะต่ำกว่าไดโอดทางแยก p-n ปกติ

VT หรือแรงดันตกไปข้างหน้าของไดโอด Schottky ในระดับที่ดีจะถูกกำหนดโดยโลหะภายใน เกิดการแลกเปลี่ยนระหว่างผลกระทบของอุณหภูมิและระดับ VT หากพารามิเตอร์เหล่านี้เพิ่มขึ้นพารามิเตอร์อื่น ๆ จะเพิ่มระดับประสิทธิภาพของอุปกรณ์ลดลงด้วย นอกจากนี้ VT ยังขึ้นอยู่กับช่วงปัจจุบันค่าที่อนุญาตที่ต่ำกว่าจะทำให้ค่า VT ต่ำลง การลดลงของ VT ไปข้างหน้าสามารถลดลงเป็นศูนย์สำหรับหน่วยระดับต่ำที่กำหนดในการประเมินโดยประมาณ สำหรับช่วงกระแสกลางและสูงกว่าค่าที่ลดลงไปข้างหน้าอาจอยู่ที่ประมาณ 0.2 V และดูเหมือนจะเป็นค่าตัวแทนที่ดี

ในขณะนี้ Schottky diode ช่วงกระแสสูงสุดที่สามารถยอมรับได้คือประมาณ 75 แอมป์แม้ว่าจะสูงถึง 100 แอมป์ก็อาจจะมาถึงขอบฟ้าในไม่ช้า

แอปพลิเคชั่น Schottky diode

พื้นที่การใช้งานหลักของไดโอด Schottky อยู่ในแหล่งจ่ายไฟแบบสวิตชิ่งหรือ SMPS ซึ่งมีไว้เพื่อทำงานกับความถี่ที่มากกว่า 20 kHz

โดยทั่วไปไดโอด Schottky ขนาด 50 แอมป์ที่อุณหภูมิห้องอาจได้รับการจัดอันดับด้วยแรงดันไฟฟ้าไปข้างหน้า 0.6 V และเวลาในการกู้คืน 10 ns ซึ่งออกแบบมาโดยเฉพาะสำหรับแอปพลิเคชัน SMPS ในทางกลับกันไดโอดทางแยก p-n ธรรมดาอาจมีการลดลงไปข้างหน้า 1.1 V และการกู้คืนประมาณ 30 ถึง 50 ns ที่ข้อมูลจำเพาะปัจจุบันเดียวกัน

คุณอาจพบว่าความแตกต่างของแรงดันไฟฟ้าไปข้างหน้ามีค่าค่อนข้างน้อยอย่างไรก็ตามหากเราดูระดับการกระจายกำลังระหว่างสอง: P (ตัวพาความร้อน) = 0.6 x 50 = 30 วัตต์และ P (pn) = 1.1 x 50 = 55 วัตต์ซึ่งเป็นความแตกต่างที่สามารถวัดได้ซึ่งอาจเป็นอันตรายต่อประสิทธิภาพของ SMPS ในระดับวิกฤต

แม้ว่าในพื้นที่อคติย้อนกลับการกระจายในไดโอด Schottky อาจสูงกว่าเล็กน้อย แต่การกระจายอคติไปข้างหน้าและย้อนกลับสุทธิจะดีกว่าไดโอดทางแยก p-n มาก

ย้อนเวลาการกู้คืน

ในไดโอดเซมิคอนดักเตอร์ p-n ธรรมดาเวลาในการฟื้นตัวย้อนกลับ (trr) จะสูงเนื่องจากพาหะของชนกลุ่มน้อยที่ฉีดเข้าไป

ใน Schottky Diodes เนื่องจากผู้ให้บริการรายย่อยต่ำมากเวลาในการกู้คืนกลับจะต่ำมาก นี่คือเหตุผลที่ Schottky Diodes สามารถทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพแม้ในความถี่ 20 GHz ซึ่งต้องการให้อุปกรณ์เปลี่ยนด้วยความเร็วสูงมาก

สำหรับความถี่ที่สูงกว่านี้จะยังคงใช้ไดโอดจุดสัมผัสหรือไดโอดคริสตัลเนื่องจากพื้นที่ทางแยกเล็กมากหรือบริเวณจุดเชื่อมต่อ