Diodos Schottky - dispositivo, tipos, características e uso

Os diodos Schottky, ou mais precisamente os diodos de barreira Schottky, são dispositivos semicondutores feitos com base em um contato metal-semicondutor, enquanto os diodos convencionais usam uma junção semicondutora pn.

O diodo Schottky deve seu nome e sua aparição na eletrônica ao físico alemão Walter Schottky, que em 1938, estudando o recém-descoberto efeito de barreira, confirmou a teoria anterior segundo a qual até a emissão de elétrons do metal era impedida pela barreira de potencial. , mas com o campo elétrico externo aplicado essa barreira diminuirá. Walter Schottky descobriu esse efeito, que foi então chamado de efeito Schottky, em homenagem ao cientista.

lado físico

Examinando o contato entre o metal e o semicondutor, pode-se ver que se próximo à superfície do semicondutor existe uma região empobrecida na maioria dos portadores de carga, então na região de contato deste semicondutor com o metal na lateral do semicondutor , uma zona espacial é formada por cargas de aceitadores e doadores ionizados e ocorre um contato de bloqueio - a própria barreira Schottky ... Em que condições essa barreira ocorre? A corrente de radiação termiônica da superfície de um sólido é determinada pela equação de Richardson:

Vamos criar condições onde quando um semicondutor, por exemplo tipo n, está em contato com um metal, a função de trabalho termodinâmico dos elétrons do metal seria maior do que a função de trabalho termodinâmica dos elétrons do semicondutor. Sob tais condições, de acordo com a equação de Richardson, a corrente de radiação termiônica da superfície do semicondutor será maior que a corrente de radiação termiônica da superfície do metal:

No momento inicial, ao entrar em contato com esses materiais, a corrente do semicondutor para o metal excederá a corrente reversa (do metal para o semicondutor), como resultado nas regiões próximas à superfície dos semicondutores e metal, as cargas espaciais começarão a se acumular — positivas no semicondutor e negativas — no metal. Na área de contato, surgirá um campo elétrico formado por essas cargas e ocorrerá um encurvamento das bandas de energia.

Sob a ação do campo, a função de trabalho termodinâmico para o semicondutor aumentará e o aumento continuará até que as funções de trabalho termodinâmicas e as correspondentes correntes de radiação termiônica aplicadas à superfície se tornem iguais na região de contato.

A imagem da transição para um estado de equilíbrio com a formação de uma barreira de potencial para semicondutor tipo p e metal é semelhante ao exemplo considerado com semicondutor tipo n e metal. O papel da tensão externa é regular a altura da barreira de potencial e a força do campo elétrico na região de carga espacial do semicondutor.

A figura acima mostra os diagramas de área dos vários estágios da formação da barreira Schottky. Em condições de equilíbrio na zona de contato, as correntes de emissão térmica se equalizam, devido ao efeito do campo, surge uma barreira de potencial, cuja altura é igual à diferença entre as funções termodinâmicas de trabalho: φk = FMe — Фп / п.

Obviamente, a característica corrente-tensão para a barreira Schottky acaba sendo assimétrica. No sentido direto, a corrente aumenta exponencialmente com a tensão aplicada. Na direção oposta, a corrente não depende da tensão.Em ambos os casos, a corrente é conduzida por elétrons como os principais portadores de carga.

Portanto, os diodos Schottky se distinguem por sua velocidade, pois excluem processos difusos e de recombinação que requerem tempo adicional. A dependência da corrente com a tensão está relacionada a uma mudança no número de portadores, uma vez que estes estão envolvidos no processo de transferência de carga. A tensão externa altera o número de elétrons que podem passar de um lado da barreira Schottky para o outro lado.

Devido à tecnologia de fabricação e com base no princípio de operação descrito, os diodos Schottky apresentam uma baixa queda de tensão no sentido direto, muito menor que a dos diodos p-n tradicionais.

Aqui, mesmo uma pequena corrente inicial através da área de contato leva à liberação de calor, o que contribui para o aparecimento de portadores de corrente adicionais. Neste caso, não há injeção de portadores de carga minoritários.

Os diodos Schottky, portanto, não têm capacitância difusa, pois não há portadores minoritários e, como resultado, a velocidade é bastante alta em comparação com os diodos semicondutores. Acontece que é uma aparência de uma junção pn assimétrica nítida.

Assim, em primeiro lugar, os diodos Schottky são diodos de micro-ondas para diversos fins: detector, mistura, trânsito de avalanche, paramétrico, pulsado, multiplicador. Os diodos Schottky podem ser usados ​​como detectores de radiação, medidores de tensão, detectores de radiação nuclear, moduladores de luz e, finalmente, retificadores de alta frequência.

Designação de diodo Schottky em diagramas

Diodo Schottky hoje

Hoje, os diodos Schottky são amplamente utilizados em dispositivos eletrônicos. Nos diagramas, eles são representados de forma diferente dos diodos convencionais. Freqüentemente, você pode encontrar retificadores Schottky duplos feitos no invólucro de três pinos típico dos interruptores de energia. Essas estruturas duais contêm dois diodos Schottky no interior, unidos por cátodos ou ânodos, mais frequentemente do que cátodos.

Os diodos na montagem têm parâmetros muito semelhantes, pois cada nó é produzido em um ciclo tecnológico e, como resultado, sua temperatura operacional é a mesma e a confiabilidade é maior. Uma queda de tensão sustentada de 0,2-0,4 volts junto com alta velocidade (unidades de nanossegundos) são as vantagens indiscutíveis dos diodos Schottky sobre suas contrapartes p-n.

A peculiaridade da barreira Schottky em diodos, em conexão com uma baixa queda de tensão, se manifesta em tensões aplicadas de até 60 volts, embora a velocidade permaneça constante. Hoje, os diodos Schottky do tipo 25CTQ045 (para tensões de até 45 volts, para correntes de até 30 amperes para cada par de diodos do conjunto) podem ser encontrados em muitas fontes de alimentação chaveadas, onde servem como retificadores para correntes de até vários cem quilohertz.

É impossível não tocar no tema das desvantagens dos diodos Schottky, claro que existem e são dois. Primeiro, um excesso de curto prazo da tensão crítica desativará imediatamente o diodo. Em segundo lugar, a temperatura afeta fortemente a corrente reversa máxima. Em uma temperatura de junção muito alta, o diodo simplesmente quebrará mesmo quando estiver operando na tensão nominal.

Nenhum radioamador pode prescindir dos diodos Schottky em sua prática. Os diodos mais populares podem ser observados aqui: 1N5817, 1N5818, 1N5819, 1N5822, SK12, SK13, SK14. Esses diodos estão disponíveis nas versões de saída e SMD. A principal coisa que os radioamadores tanto apreciam é sua alta velocidade e baixa queda de tensão na junção - no máximo 0,55 volts - a um baixo custo desses componentes.

Um PCB raro dispensa diodos Schottky para uma finalidade ou outra. Em algum lugar, o diodo Schottky serve como um retificador de baixa potência para o circuito de feedback, em algum lugar - como um estabilizador de tensão no nível de 0,3 - 0,4 volts e em algum lugar é um detector.

Na tabela abaixo você pode ver os parâmetros dos diodos Schottky de baixa potência mais comuns atualmente.