Điốt Schottky - thiết bị, chủng loại, đặc điểm và cách sử dụng

Điốt Schottky, hay chính xác hơn là điốt chắn Schottky, là thiết bị bán dẫn được chế tạo trên cơ sở tiếp xúc bán dẫn kim loại, trong khi điốt thông thường sử dụng tiếp giáp bán dẫn pn.

Đi-ốt Schottky có được tên gọi và sự xuất hiện của nó trong lĩnh vực điện tử đối với nhà vật lý người Đức Walter Schottky, người vào năm 1938 khi nghiên cứu hiệu ứng rào cản mới được phát hiện, đã xác nhận lý thuyết trước đó theo đó ngay cả sự phát xạ của các electron từ kim loại cũng bị cản trở bởi hàng rào thế năng. , nhưng với điện trường ngoài được áp dụng, rào cản này sẽ giảm. Walter Schottky đã phát hiện ra hiệu ứng này, sau đó được gọi là hiệu ứng Schottky, để vinh danh nhà khoa học.

mặt thể chất

Kiểm tra sự tiếp xúc giữa kim loại và chất bán dẫn, có thể thấy rằng nếu gần bề mặt của chất bán dẫn có một vùng cạn kiệt trong hầu hết các hạt mang điện, thì trong khu vực tiếp xúc của chất bán dẫn này với kim loại ở bên cạnh chất bán dẫn , một vùng không gian được hình thành điện tích từ các chất nhận và chất cho bị ion hóa và xảy ra tiếp xúc chặn - chính hàng rào Schottky ... Hàng rào này xảy ra trong những điều kiện nào? Dòng bức xạ nhiệt từ bề mặt của vật rắn được xác định theo phương trình Richardson:

Chúng ta hãy tạo ra các điều kiện khi một chất bán dẫn, chẳng hạn như loại n, tiếp xúc với một kim loại, hàm công nhiệt động của các electron từ kim loại sẽ lớn hơn hàm công công nhiệt động của các electron từ chất bán dẫn. Trong những điều kiện như vậy, theo phương trình của Richardson, dòng bức xạ nhiệt từ bề mặt chất bán dẫn sẽ lớn hơn dòng bức xạ nhiệt từ bề mặt kim loại:

Tại thời điểm ban đầu, khi các vật liệu này tiếp xúc, dòng điện từ chất bán dẫn sang kim loại sẽ vượt quá dòng điện ngược (từ kim loại sang chất bán dẫn), do đó ở vùng gần bề mặt của cả chất bán dẫn và kim loại, các điện tích không gian sẽ bắt đầu tích tụ — dương trong chất bán dẫn và âm — trong kim loại. Trong khu vực tiếp xúc, một điện trường được hình thành bởi các điện tích này sẽ phát sinh và sự uốn cong của các dải năng lượng sẽ diễn ra.

Dưới tác động của trường, hàm công nhiệt động của chất bán dẫn sẽ tăng lên và sự gia tăng này sẽ tiếp tục cho đến khi các hàm công nhiệt động và dòng bức xạ nhiệt tương ứng tác dụng lên bề mặt trở nên bằng nhau trong vùng tiếp xúc.

Bức tranh về sự chuyển đổi sang trạng thái cân bằng với sự hình thành hàng rào thế đối với chất bán dẫn và kim loại loại p tương tự như ví dụ được xem xét với chất bán dẫn và kim loại loại n. Vai trò của hiệu điện thế ngoài là điều chỉnh độ cao của hàng rào thế và cường độ điện trường trong vùng điện tích không gian của chất bán dẫn.

Hình trên cho thấy sơ đồ diện tích của các giai đoạn hình thành hàng rào Schottky khác nhau. Trong điều kiện cân bằng trong vùng tiếp xúc, các dòng phát xạ nhiệt cân bằng nhau, do tác dụng của trường, một hàng rào thế năng xuất hiện, chiều cao của hàng rào này bằng hiệu giữa các hàm công nhiệt động: φk = FMe — Фп / п.

Rõ ràng, đặc tính điện áp dòng điện cho hàng rào Schottky hóa ra là không đối xứng. Theo chiều thuận, dòng điện tăng theo cấp số nhân với điện áp đặt vào. Ở chiều ngược lại, dòng điện không phụ thuộc vào điện áp, trong cả hai trường hợp, dòng điện được điều khiển bởi các electron là hạt mang điện chính.

Do đó, điốt Schottky được phân biệt bởi tốc độ của chúng, vì chúng loại trừ các quá trình khuếch tán và tái hợp cần thêm thời gian. Sự phụ thuộc của dòng điện vào điện áp có liên quan đến sự thay đổi số lượng hạt tải điện, vì những hạt tải điện này tham gia vào quá trình chuyển điện tích. Điện áp bên ngoài làm thay đổi số lượng electron có thể truyền từ một phía của hàng rào Schottky sang phía bên kia.

Do công nghệ chế tạo và dựa trên nguyên lý hoạt động đã mô tả, điốt Schottky có điện áp rơi theo chiều thuận nhỏ hơn nhiều so với điốt p-n truyền thống.

Ở đây, ngay cả một dòng điện ban đầu nhỏ qua vùng tiếp xúc cũng dẫn đến sự giải phóng nhiệt, sau đó góp phần làm xuất hiện thêm các hạt tải điện. Trong trường hợp này, không có sự tiêm các hạt mang điện thiểu số.

Do đó, điốt Schottky không có điện dung khuếch tán vì không có hạt tải điện thiểu số và kết quả là tốc độ khá cao so với điốt bán dẫn. Hóa ra nó giống như một đường giao nhau p-n không đối xứng sắc nét.

Do đó, trước hết, điốt Schottky là điốt vi sóng cho các mục đích khác nhau: máy dò, trộn, vận chuyển tuyết lở, tham số, xung, nhân. Điốt Schottky có thể được sử dụng làm máy dò bức xạ, máy đo biến dạng, máy dò bức xạ hạt nhân, bộ điều chế ánh sáng và cuối cùng là bộ chỉnh lưu tần số cao.

Chỉ định diode Schottky trên sơ đồ

Điốt Schottky hôm nay

Ngày nay, điốt Schottky được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị điện tử. Trong các sơ đồ, chúng được mô tả khác với các điốt thông thường. Bạn thường có thể tìm thấy bộ chỉnh lưu Schottky kép được chế tạo trong vỏ ba chân điển hình của công tắc nguồn. Các cấu trúc kép như vậy chứa hai điốt Schottky bên trong, được nối với nhau bằng cực âm hoặc cực dương, thường xuyên hơn so với cực âm.

Các điốt trong tổ hợp có các tham số rất giống nhau, vì mỗi nút như vậy được sản xuất trong một chu kỳ công nghệ và do đó, nhiệt độ hoạt động của chúng tương ứng giống nhau và độ tin cậy cao hơn. Điện áp giảm liên tục 0,2-0,4 vôn cùng với tốc độ cao (đơn vị nano giây) là những lợi thế chắc chắn của điốt Schottky so với các điốt p-n của chúng.

Tính đặc thù của hàng rào Schottky trong điốt, liên quan đến sự sụt giảm điện áp thấp, được thể hiện ở điện áp ứng dụng lên đến 60 vôn, mặc dù tốc độ vẫn ổn định. Ngày nay, điốt Schottky loại 25CTQ045 (cho điện áp lên đến 45 vôn, cho dòng điện lên đến 30 ampe cho mỗi cặp điốt trong tổ hợp) có thể được tìm thấy trong nhiều bộ nguồn chuyển mạch, nơi chúng đóng vai trò là bộ chỉnh lưu cho dòng điện lên đến vài trăm kilohertz.

Không thể không đề cập đến những nhược điểm của điốt Schottky, tất nhiên là có và có hai trong số chúng. Đầu tiên, sự vượt quá ngắn hạn của điện áp tới hạn sẽ ngay lập tức vô hiệu hóa diode. Thứ hai, nhiệt độ ảnh hưởng mạnh đến dòng ngược cực đại. Ở nhiệt độ đường giao nhau rất cao, diode sẽ đơn giản bị đứt ngay cả khi hoạt động ở điện áp định mức.

Không một người nghiệp dư đài phát thanh nào có thể làm được nếu không có điốt Schottky trong quá trình thực hành của mình. Các điốt phổ biến nhất có thể được lưu ý ở đây: 1N5817, 1N5818, 1N5819, 1N5822, SK12, SK13, SK14. Các điốt này có sẵn ở cả hai phiên bản đầu ra và SMD. Điều chính mà những người nghiệp dư vô tuyến đánh giá cao chúng là tốc độ cao và mức giảm điện áp tiếp giáp thấp — tối đa là 0,55 vôn — với chi phí thấp cho các thành phần này.

Một PCB hiếm hoi không có điốt Schottky cho mục đích này hay mục đích khác. Ở đâu đó, diode Schottky đóng vai trò là bộ chỉnh lưu công suất thấp cho mạch phản hồi, ở đâu đó - là bộ ổn định điện áp ở mức 0,3 - 0,4 volt, và ở đâu đó - máy dò.

Trong bảng bên dưới, bạn có thể thấy các thông số của điốt Schottky công suất thấp phổ biến nhất hiện nay.