Diodi Schottky: dispositivo, tipi, caratteristiche e utilizzo

I diodi Schottky, o più precisamente i diodi a barriera Schottky, sono dispositivi a semiconduttore realizzati sulla base di un contatto metallo-semiconduttore, mentre i diodi convenzionali utilizzano una giunzione pn a semiconduttore.

Il diodo Schottky deve il suo nome e la sua comparsa in elettronica al fisico tedesco Walter Schottky, che nel 1938, studiando l'effetto barriera appena scoperto, confermò la precedente teoria secondo la quale anche l'emissione di elettroni dal metallo era ostacolata dalla potenziale barriera , ma con il campo elettrico esterno applicato questa barriera diminuirà. Walter Schottky ha scoperto questo effetto, che è stato poi chiamato effetto Schottky, in onore dello scienziato.

Lato fisico

Esaminando il contatto tra il metallo e il semiconduttore, si può vedere che se vicino alla superficie del semiconduttore c'è una regione impoverita nella maggior parte dei portatori di carica, allora nella regione di contatto di questo semiconduttore con il metallo sul lato del semiconduttore , si forma una zona spaziale carica di accettori e donatori ionizzati e si verifica un contatto di blocco: la stessa barriera Schottky ... In quali condizioni si verifica questa barriera? La corrente di radiazione termoionica dalla superficie di un solido è determinata dall'equazione di Richardson:

Creiamo condizioni in cui quando un semiconduttore, ad esempio di tipo n, è in contatto con un metallo, la funzione di lavoro termodinamico degli elettroni dal metallo sarebbe maggiore della funzione di lavoro termodinamico degli elettroni dal semiconduttore. In tali condizioni, secondo l'equazione di Richardson, la corrente di radiazione termoionica dalla superficie del semiconduttore sarà maggiore della corrente di radiazione termoionica dalla superficie metallica:

Al momento iniziale, al contatto di questi materiali, la corrente dal semiconduttore al metallo supererà la corrente inversa (dal metallo al semiconduttore), per cui nelle regioni vicine alla superficie sia dei semiconduttori che metallo, le cariche spaziali inizieranno ad accumularsi - positive nel semiconduttore e negative - nel metallo. Nella zona di contatto si formerà un campo elettrico formato da queste cariche e si verificherà un piegamento delle bande energetiche.

Sotto l'azione del campo, la funzione di lavoro termodinamico per il semiconduttore aumenterà e l'aumento continuerà fino a quando le funzioni di lavoro termodinamico e le corrispondenti correnti di radiazione termoionica applicate alla superficie diventeranno uguali nella regione di contatto.

L'immagine della transizione verso uno stato di equilibrio con la formazione di una potenziale barriera per semiconduttore e metallo di tipo p è simile all'esempio considerato con semiconduttore e metallo di tipo n. Il ruolo della tensione esterna è quello di regolare l'altezza della barriera potenziale e l'intensità del campo elettrico nella regione di carica spaziale del semiconduttore.

La figura sopra mostra i diagrammi delle aree delle varie fasi della formazione della barriera Schottky. In condizioni di equilibrio nella zona di contatto, le correnti di emissione termica si equalizzano, per effetto del campo, appare una potenziale barriera, la cui altezza è uguale alla differenza tra le funzioni di lavoro termodinamico: φk = FMe — Фп / п.

Ovviamente, la caratteristica corrente-tensione per la barriera Schottky risulta essere asimmetrica. Nella direzione in avanti, la corrente aumenta esponenzialmente con la tensione applicata. Nella direzione opposta, la corrente non dipende dalla tensione: in entrambi i casi, la corrente è guidata dagli elettroni come principali portatori di carica.

Pertanto, i diodi Schottky si distinguono per la loro velocità, poiché escludono processi diffusi e di ricombinazione che richiedono tempi aggiuntivi. La dipendenza della corrente dalla tensione è correlata a una variazione del numero di portanti, poiché queste portanti sono coinvolte nel processo di trasferimento della carica. La tensione esterna cambia il numero di elettroni che possono passare da un lato all'altro della barriera Schottky.

A causa della tecnologia di produzione e sulla base del principio di funzionamento descritto, i diodi Schottky hanno una bassa caduta di tensione nella direzione in avanti, molto inferiore a quella dei tradizionali diodi p-n.

Qui, anche una piccola corrente iniziale attraverso l'area di contatto porta al rilascio di calore, che contribuisce quindi alla comparsa di ulteriori portatori di corrente. In questo caso non vi è iniezione di portatori di carica di minoranza.

I diodi Schottky non hanno quindi capacità diffusa in quanto non ci sono portatori minoritari e di conseguenza la velocità è piuttosto elevata rispetto ai diodi a semiconduttore. Risulta essere una parvenza di una netta giunzione p-n asimmetrica.

Quindi, prima di tutto, i diodi Schottky sono diodi a microonde per vari scopi: rilevatore, miscelazione, transito a valanga, parametrico, pulsato, moltiplicatore. I diodi Schottky possono essere utilizzati come rivelatori di radiazioni, estensimetri, rivelatori di radiazioni nucleari, modulatori di luce e infine raddrizzatori ad alta frequenza.

Designazione del diodo Schottky sui diagrammi

Diodo Schottky oggi

Oggi, i diodi Schottky sono ampiamente utilizzati nei dispositivi elettronici. Nei diagrammi, sono rappresentati in modo diverso dai diodi convenzionali. Spesso è possibile trovare doppi raddrizzatori Schottky realizzati nell'alloggiamento a tre pin tipico degli interruttori di alimentazione. Tali strutture doppie contengono due diodi Schottky all'interno, uniti da catodi o anodi, più spesso dei catodi.

I diodi nell'assieme hanno parametri molto simili, poiché ciascuno di questi nodi viene prodotto in un ciclo tecnologico e, di conseguenza, la loro temperatura operativa è di conseguenza la stessa e l'affidabilità è maggiore. Una caduta di tensione sostenuta di 0,2-0,4 volt insieme all'alta velocità (unità di nanosecondi) sono gli indubbi vantaggi dei diodi Schottky rispetto alle loro controparti p-n.

La particolarità della barriera Schottky nei diodi, in connessione con una bassa caduta di tensione, si manifesta a tensioni applicate fino a 60 volt, sebbene la velocità rimanga costante. Oggi, i diodi Schottky del tipo 25CTQ045 (per tensioni fino a 45 volt, per correnti fino a 30 ampere per ogni coppia di diodi nel gruppo) possono essere trovati in molti alimentatori a commutazione, dove fungono da raddrizzatori per correnti fino a diversi cento kilohertz.

È impossibile non toccare l'argomento degli svantaggi dei diodi Schottky, ovviamente lo sono e ce ne sono due. Innanzitutto, un eccesso a breve termine della tensione critica disabiliterà immediatamente il diodo. In secondo luogo, la temperatura influisce fortemente sulla corrente inversa massima. A una temperatura di giunzione molto elevata, il diodo si romperà semplicemente anche quando funziona alla tensione nominale.

Nessun radioamatore può fare a meno dei diodi Schottky nella sua pratica. I diodi più popolari possono essere annotati qui: 1N5817, 1N5818, 1N5819, 1N5822, SK12, SK13, SK14. Questi diodi sono disponibili sia in uscita che in versione SMD. La cosa principale che i radioamatori apprezzano così tanto è la loro alta velocità e bassa caduta di tensione di giunzione - un massimo di 0,55 volt - a basso costo di questi componenti.

Un PCB raro fa a meno dei diodi Schottky per uno scopo o per l'altro. Da qualche parte il diodo Schottky funge da raddrizzatore a bassa potenza per il circuito di retroazione, da qualche parte - come stabilizzatore di tensione a livello di 0,3 - 0,4 volt, e da qualche parte è un rilevatore.

Nella tabella sottostante puoi vedere i parametri dei più comuni diodi Schottky a bassa potenza oggi.