Schottky Diyotları - Çalışma, Özellikler, Uygulama

Schottky bariyer diyotları, minimum ileri voltaj ve 10 ns'ye kadar düşük olabilen hızlı anahtarlama hızları ile tasarlanmış yarı iletken diyotlardır. Bunlar, 500 mA ila 5 amper ve 40 V'a kadar akım aralıklarında üretilmektedir. Bu özelliklerinden dolayı, özellikle düşük voltaj, SMPS gibi yüksek frekanslı uygulamalar için ve ayrıca verimli serbest diyotlar olarak uygun hale gelirler.

Cihazın sembolü aşağıdaki resimde gösterilmektedir:

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

İç Yapı

Schottky diyotları, geleneksel p-n bağlantı diyotlarına kıyasla farklı şekilde inşa edilmiştir. Bir p-n bağlantısı yerine, bir metal yarı iletken bağlantı Aşağıda gösterildiği gibi.

Yarı iletken bölümü çoğunlukla n-tipi silikon kullanılarak ve ayrıca platin, tungsten, molibden, krom vb. Gibi bir grup farklı malzeme kullanılarak inşa edilir. Diyot, hangi malzemenin kullanıldığına bağlı olarak farklı özelliklere sahip olabilir ve bu da iyileştirilmelerini sağlar. anahtarlama hızı, düşük ileri voltaj düşüşü vb.

Nasıl çalışır

Schottky diyotlarında elektronlar yarı iletken malzemede çoğunluk taşıyıcı olurken, metalde son derece küçük azınlık taşıyıcılar (delikler) bulunur. İki malzeme birbirine bağlandığında, silikon yarı iletkeninde bulunan elektronlar, bağlı metale doğru hızla akmaya başlar ve bu da çoğunluk taşıyıcılarının büyük bir transferiyle sonuçlanır. Metale göre artan kinetik enerjileri nedeniyle, genel olarak 'sıcak taşıyıcılar' olarak adlandırılırlar.

Normal p-n bağlantı diyotları, azınlık taşıyıcıları, farklı bir bitişik polariteye enjekte edilir. Schottky diyotlarında ise elektronlar aynı polariteye sahip bölgelere enjekte edilir.

Metale doğru büyük miktarda elektron akışı, diğer diyotların p-n bağlantısının tükenme bölgesini andıran, bağlantı yüzeyine yakın alanda silikon malzeme için ağır taşıyıcı kaybına neden olur. Metaldeki ek taşıyıcılar, metal ile yarı iletken arasında metalde daha fazla akım girişini engelleyen bir 'negatif duvar' oluşturur. Schottky diyotlarının içindeki silikon yarı iletkenindeki negatif yüklü elektronların anlamı, metal yüzeyde negatif bir duvar ile birlikte taşıyıcı içermeyen bir bölgeyi kolaylaştırır.

Aşağıda gösterilen şekle atıfta bulunularak, birinci kadranda ileri ön gerilim akımının uygulanması, bu alandaki elektronlardan gelen pozitif çekim nedeniyle negatif bariyerin enerjisinde bir azalmaya neden olur. Bu, sınır boyunca büyük miktarlarda elektronların geri akışına yol açar. Bu elektronların büyüklüğü, sapma için uygulanan potansiyelin büyüklüğüne bağlıdır.

Normal diyotlar ve Schottky diyotlar arasındaki fark

Normal p-n bağlantı diyotlarına kıyasla, Schottky diyotlarındaki bariyer birleşimi hem ileri hem de ters önyargı bölgelerinde daha düşüktür.

Bu, Schottky diyotlarının hem ileri hem de ters önyargı bölgelerinde aynı önyargı potansiyeli seviyesi için çok daha gelişmiş akım iletimine sahip olmasını sağlar. Bu, ters eğilim bölgesi için kötü olmasına rağmen, ileri eğilim bölgesinde iyi bir özellik gibi görünmektedir.

İleri ve ters önyargı bölgeleri için bir yarı iletken diyotun genel özelliklerinin tanımı aşağıdaki denklemle temsil edilir:

ben _D = I _S ( dır-dir ^{kVd / Tk} -1)

nerede = ters doygunluk akımı
Germanyum malzemesi için η = 1 ve Silikon malzeme için η = 2 ile k = 11.600 / η

Aynı denklem, aşağıdaki şekilde Schottky diyotlarındaki akımdaki üstel artışı açıklar, ancak faktörü η, diyotun yapım türüne göre belirlenir.

Ters önyargı bölgesinde, mevcut Dır-dir esas olarak yarı iletken malzemeye giren metal elektronlardan kaynaklanmaktadır.

Sıcaklık Karakteristikleri

Schottky diyotları için, sürekli olarak araştırılan temel konulardan biri, 100 ° C'nin üzerindeki yüksek sıcaklıklarda önemli kaçak akımlarının nasıl en aza indirileceğidir.

Bu, - 65 ila + 150 ° C arasındaki aşırı sıcaklıklarda bile verimli bir şekilde çalışabilen daha iyi ve iyileştirilmiş cihazların üretilmesine yol açmıştır.

Tipik oda sıcaklıklarında bu sızıntı, düşük güçlü Schottky diyotları için mikroamper aralığında ve yüksek güçlü cihazlar için miliamper aralığında olabilir.

Bununla birlikte, bu rakamlar, aynı güç özelliklerinde normal p-n diyotlara kıyasla daha büyüktür. Ayrıca PIV derecesi Schottky diyotları için geleneksel diyotlarımızdan çok daha az olabilir.

Örneğin, normalde 50 amperlik bir cihaz 50 V'luk bir PIV derecesine sahip olabilirken, bu normal bir 50 amp diyot için 150 V'a kadar çıkabilir. Bununla birlikte, son gelişmeler, benzer amper değerlerinde 100 V'un üzerinde PIV derecelerine sahip Schottky diyotlarını etkinleştirdi.

Yukarıdaki grafik sunumdan, Schottky diyotlarının, bir kristal diyottan (nokta temas diyotu) bile daha iyi, neredeyse ideal bir özellik setiyle ilişkilendirildiği oldukça açık hale gelir. Bir nokta temas diyotunun ileri düşüşü, tipik olarak normal bir p-n bağlantı diyotlarından daha düşüktür.

Schottky diyotunun VT veya ileri voltaj düşüşü büyük ölçüde içerideki metal tarafından belirlenir. Sıcaklık etkisi ile VT seviyesi arasında bir denge vardır. Bu parametrelerden biri artarsa ​​diğeri de cihazın verimini düşürür. Ayrıca, VT aynı zamanda akım aralığına da bağlıdır, izin verilen daha düşük değerler, daha düşük VT değerlerini garanti eder. VT ileri düşüşü, yaklaşık bir değerlendirmede, belirli bir düşük seviyeli birimler için temelde sıfıra kadar düşebilir. Orta ve daha yüksek akım aralıkları için, ileri düşme değerleri yaklaşık 0,2 V olabilir ve bu, iyi bir temsili değer gibi görünmektedir.

Şu anda maksimum tolere edilebilir akım aralığı Schottky diyotu 75 amper civarındadır, ancak yakında 100 amper de ufukta görünebilir.

Schottky diyot Uygulaması

Schottky diyotlarının ana uygulama alanı, 20 kHz'in üzerindeki frekanslarla çalışması amaçlanan anahtarlama güç kaynakları veya SMPS'dir.

Tipik olarak, oda sıcaklığında 50 amp'lik bir Schottky diyot, bir SMPS uygulaması için özel olarak tasarlanmış, 0.6 V'luk bir ileri voltaj ve 10 ns'lik bir kurtarma süresi ile derecelendirilebilir. Öte yandan, sıradan bir p-n bağlantı diyotu, aynı akım spesifikasyonunda 1.1 V'luk bir ileri düşüş ve yaklaşık 30 ila 50 ns'lik bir geri kazanım tome sergileyebilir.

Yukarıdaki ileri voltaj farkının oldukça küçük olduğunu görebilirsiniz, ancak ikisi arasındaki güç kaybı seviyesine bakarsak: P (sıcak taşıyıcı) = 0.6 x 50 = 30 watt ve P (pn) = 1.1 x 50 = Oldukça ölçülebilir bir fark olan 55 watt, SMPS'nin verimliliğine kritik derecede zarar verebiliyor.

Ters önyargı bölgesinde bir Schottky diyotundaki dağılım biraz daha yüksek olabilse de, yine de net ileri ve geri önyargı dağıtımı bir p-n bağlantı diyotundan çok daha iyi olacaktır.

Ters İyileşme Süresi

Sıradan p-n yarı iletken diyotta, ters geri kazanım süresi (trr), enjekte edilen azınlık taşıyıcılar nedeniyle yüksektir.

Schottky Diyotlarında, son derece düşük azınlık taşıyıcıları nedeniyle, ters iyileşme süresi önemli ölçüde düşüktür. Bu nedenle Schottky Diyotları, cihazların son derece hızlı bir hızda geçiş yapmasını gerektiren 20 GHz frekanslarda bile çok etkili bir şekilde çalışabiliyor.

Bundan daha yüksek frekanslar için, çok küçük bağlantı alanları veya nokta bağlantı alanları nedeniyle bir nokta temaslı diyot veya bir kristal diyot hala kullanılmaktadır.

Schottky Diyot Eşdeğer Devresi

Bir sonraki şekil, tipik değerlerle bir Schottky Diyotunun eşdeğer devresini göstermektedir. Bitişikteki sembol, cihazın standart sembolüdür.

Endüktans Lp ve kapasitans Cp, paketin kendisinde belirtilen değerlerdir, rB, kontak direnci ve yığın direncinden oluşan seri direnci oluşturur.

Direnç rd ve kapasitans Cj değerleri, önceki paragraflarda tartışılan hesaplamalara göredir.

Schottky diyot Teknik Özellik Tablosu

Aşağıdaki tablo, Motorola Semiconductor Products tarafından üretilen sıcak taşıyıcı redresörlerin bir listesini, teknik özellikleri ve pin çıkışı ayrıntılarıyla birlikte sunar.