Vše o Schottkyho diodách – podrobný článek

Zařízení dostalo své jméno na počest Waltera Schottkyho, německého vynálezce a fyzika, který objevil kvantový vztah, podle kterého vnější elektrické pole nutí všechny volné elektrony opustit vodivostní pásmo. Za svou práci byl vědec následně oceněn Hughesovou medailí. Je pozoruhodné, že tento objev, který má co do činění s teoretickou fyzikou, nachází aktivní praktické uplatnění.

Schottkyho dioda je zástupcem polovodičových prvků, které mají bariéru a vyznačují se nízkým úbytkem napětí při přímém zavedení součástky do elektrického obvodu (od 0,2 do 0,4 voltu). Díky jednoduchosti konstrukce, rychlé obnově náboje, nenáročnosti a vysokému svodovému proudu je bariérová dioda aktivně využívána v moderní radioelektronice.

Rozdíly od konvenční diody

Tato součástka propouští elektrický proud jedním směrem a neprochází jej druhým směrem, jako jiné klasické diody, ale zajišťuje vysokou rychlost a nízký úbytek napětí při přechodu.

Nejdůležitější vlastností Schottkyho diody je, že místo obvyklého přechodu elektron-díra je použit princip kontaktu kovu s různými polovodičovými materiály, což má pozitivní vliv na zvýšení pracovní frekvence. Difuzní kapacita a proces rekombinace se v kontaktní oblasti neprojevují, protože v tzv. přechodové zóně nejsou žádné menšinové nosiče náboje. Vnitřní kapacita této vrstvy má tendenci k 0.

Tyto produkty jsou tedy mikrovlnné diody pro různé účely:

• pulzní;
• lavinový let;
• míchání;
• detektor;
• násobení;
• parametrické.

Další vlastností je, že většina Schottkyho diod jsou nízkonapěťové a staticky citlivé modely. Je však nesprávné vnímat to jako kategorickou nevýhodu, protože to umožňuje použití těchto nástrojů pro zpracování rádiových signálů s nízkou spotřebou.

Konečně, takové produkty jsou stabilnější při použití elektrického proudu než jiné analogy, protože krystalové útvary (křemíkový substrát) jsou zabudovány v jejich těle.

Jak funguje Schottkyho dioda?

Struktura prvků se skládá z několika částí:

• epitaxní vrstva;
• Podklad;
• bezpečnostní kroužek;
• kovový film;
• bariéra;
• vnější kontakt.

Základna je obvykle vyrobena z křemíku nebo arsenidu galia, ale pokud je třeba, aby obvod byl vysoce odolný vůči změnám teplot, používá se germanium. Materiály používané pro naprašování jsou palladium, stříbro, platina, wolfram, hliník nebo zlato. Je pozoruhodné, že zadní strana polovodiče je silněji dopována. Úroveň legování a druh kovu ovlivňují rektifikační charakteristiky.

Princip činnosti je založen na vlastnostech závory. V polovodiči se v kontaktní oblasti vytvoří vrstva, která je výrazně ochuzena o elektrony, ale má ventilové vlastnosti. Objevuje se tak bariéra pro nosiče náboje.

V závislosti na výkonu existuje několik typů Schottkyho diod:

Na základě konstrukčních vlastností existují typy pro povrchovou nebo objemovou montáž, stejně jako moduly a analogy usměrňovače. Při výběru součástí usměrňovače byste měli věnovat pozornost indikátorům proudu a napětí, jakož i materiálu konstrukce a způsobu montáže. Existují také 3 varianty sestav diod: modely se společnou anodou, prvky se zdvojením a třemi vývody a také varianty, které mají vývod ze společné katody. U všech typů je limit na přípustné zpětné napětí 1200 voltů.

Aplikace Schottkyho diod

Komponenty se aktivně používají jako součást různých zařízení a vybavení:

• počítačové vybavení a spotřební elektronika;
• výkonové vysokofrekvenční usměrňovače;
• solární panely a přijímače záření;
• rozhlasová a televizní zařízení;
• Audio zesilovače a MOSFET;
• stabilizátory a napájecí zdroje.

Výrobky se používají všude tam, kde je vyžadován minimální pokles napětí v propustném směru. Jejich obliba je dána přednostmi Schottkyho diod, které umožňují obnovit zpětný odpor elektrického proudu, stabilizovat napětí, absorbovat záření a také zvýšit účinnost finálních zařízení.

Navzdory výhodám mají taková zařízení nevýhody. Ale jsou jen dva z nich:

• v případě zvýšení teploty je zaznamenán významný nárůst zpětného proudu;
• v případě krátkodobého překročení kritického napětí je průraz nevratný.

U diod tohoto typu se mohou vyskytnout tři hlavní poruchy: zlom, porucha a únik (nejobtížněji identifikovatelné). Diagnostika se provádí pomocí univerzálního testeru (multimetru). Pro získání přesných výsledků bude test vyžadovat pájení a měření opačného odporu. Při použití standardního testeru je třeba vzít v úvahu specifikovanou hodnotu elektrického proudu.

Jak je Schottkyho dioda označena a naznačena ve schématech

Často bude Schottkyho dioda na schématu označena jako běžná dioda a další informace o typu součástky budou zahrnuty do specifikace.

Označení Schottkyho diod je zpravidla souborem symbolů vytištěných na těle výrobku v souladu s mezinárodními normami. V závislosti na zemi původu se označení může lišit. V každém případě můžete kód dešifrovat pomocí referenčních knih pro radiotechniku.

V případě potřeby můžete standardní diodu nahradit podobným zařízením s bariérou – hlavní věc je, že parametry proudu a napětí odpovídají. Přísně se však nedoporučuje instalovat klasický produkt namísto bariérového analogu, protože rychle selže v důsledku přehřátí. Zkušení radiotechnici mohou vybrat prvek s výkonovou rezervou analýzou celého obvodu.

Na konci 30. let XNUMX. století německý fyzik Walter Schottky objevil, že vnější elektrické pole nutí volné elektrony opustit vodivostní pás a doslova opustit pevné těleso. Tato kvantová závislost byla následně pojmenována po svém objeviteli a nyní je známá jako Schottkyho efekt.

Navzdory tomu, že objev německého vědce patří do oblasti teoretické fyziky, nachází uplatnění v praktické radiotechnice a je základem funkčnosti takových rádiových součástek, jako jsou Schottkyho diody. Jejich odlišností od běžných elektrických ventilů je absence klasického polovodičového pn přechodu. Jeho roli hraje kontakt mezi polovodičem a kovem.

Kov a polovodič: kontaktní vlastnosti.

V oblasti kontaktu polovodičových a kovových materiálů vede Schottkyho jev k vytvoření vrstvy v polovodiči, která je vysoce ochuzena o elektrony. Má vlastnosti ventilu vlastní polovodičovému pn přechodu. Tato zóna je bariérou pro nosiče náboje, a proto se těmto rádiovým součástkám často říká Schottkyho bariérové ​​diody.

Prvky se liší od běžných polovodičových ventilů v následujících kvalitách:

1. snížený pokles napětí při předpětí;
2. nevýznamná vlastní kapacita;
3. nízký zpětný proud;
4. nízké přípustné zpětné napětí.

Dobré frekvenční charakteristiky Schottkyho diod jsou způsobeny nepřítomností menšinových nosičů náboje v přechodové zóně. Z tohoto důvodu se v oblasti kontaktu nevyskytují procesy difúze a rekombinace děr a elektronů, které jsou obvyklé pro čistě polovodičový pn přechod. V důsledku toho má vlastní kapacita této vrstvy tendenci k nule. Tato vlastnost činí Schottkyho bariérové ​​diody vhodnější pro použití ve vysokofrekvenčních a ultravysokofrekvenčních obvodech, stejně jako v zařízeních s pulzními provozními režimy – všechny druhy digitálních zařízení, elektronické řídicí systémy a spínané zdroje.

Nízkonapěťové diody.

Zvláštností Schottkyho diod je, že jsou nízkonapěťové. Pokud aplikovaný potenciálový rozdíl překročí určitou přípustnou úroveň, pak v souladu s kvantovými zákony dojde k průrazu, který u běžné polovodičové rádiové součástky může být tunelový, lavinový nebo tepelný. Po prvních dvou se dioda obnoví a dále funguje správně. Tepelný průraz znamená fatální selhání.

U diod se Schottkyho bariérou je průraz vždy pouze tepelný. To je vlastnost přechodu kov-polovodič. Pokud je zpětné předpětí velké, prvek selže a je třeba jej vyměnit. To mimochodem vysvětluje silnou citlivost Schottkyho diod na statickou elektřinu – při jejich instalaci a servisu rádiových zařízení s těmito prvky je nutné uzemnit ochranný oděv a nářadí.

Citlivost těchto rádiových komponent však není vždy jejich nevýhodou. Například díky této charakteristice se Schottkyho bariérové ​​diody používají ve zvláště citlivých lokálních oscilátorech, které získávají schopnost zpracovávat rádiové signály velmi nízkého výkonu.

Základní parametry.

1. Maximální konstantní zpětné napětí;
2. Maximální pulzní zpětné napětí;
3. Maximální (průměrný) dopředný proud;
4. Maximální pulzní dopředný proud;
5. Konstantní propustné napětí na diodě při daném propustném proudu přes diodu;
6. Zpětný proud diody při maximálním zpětném napětí;
7. Maximální pracovní frekvence diody;
8. Reverzní doba zotavení;
9. Celková kapacita diody.

Výroba Schottkyho diod.

Jako polovodičové součástky se používají standardní materiály – křemík, germanium a arsenid gallia. Při výrobě rádiových součástek se na ně stříkají kovy jako zlato, stříbro, palladium a wolfram. Právě tyto prvky periodické tabulky poskytují dostatečně vysokou potenciální bariéru, která určuje funkčnost Schottkyho diod.

Germániové rádiové součástky vykazují vysokou odolnost vůči teplotním změnám, proto se tento materiál používá častěji než křemík a arsenid galia při výrobě diod pro výkonové napájecí obvody. Ale křemíkové a galliové prvky vykazují lepší frekvenční parametry.