Što je Schottky dioda - detaljan opis poluvodiča. Schottky dioda – karakteristike i princip rada Četkasta dioda

U električnim instalacijama, kao što znate, od velike su koristi energetski poluvodički uređaji - industrijske diode. To su zener diode, zener diode i gost našeg članka -

Što je Schottky dioda (nazvana po njemačkom fizičaru Walteru Schottkyju), mogu reći ukratko - razlikuje se od ostalih dioda po principu rada koji se temelji na ispravljačkom kontaktu metal-poluvodič. Taj se učinak može pojaviti u dva slučaja: za diodu n-tipa - ako je izlazni rad poluvodiča manji od rada metala, za diodu p-tipa - ako je izlazni rad poluvodiča veći od rada poluvodiča. metal. Najpopularnije su Schottky diode n-tipa zbog velike pokretljivosti elektrona, usporedive s pokretljivošću rupa.

Slika 1. Pogled u presjek Schottky diode

Prednosti i nedostatci

Za usporedbu uzimamo bipolarnu diodu. Kako se kaže: ravno u vatru, krenimo od nedostatka, a mislim da je on najvažniji. Schottky diode imaju veliku povratnu struju.

To je sve s minusima, sada su dobre stvari plusevi.

Prvo, vjerujem da su Schottky diode najbrže. Također možete uzeti u obzir, kao plus, prednji pad napona pri istoj struji, što je nekoliko desetinki volta manje od onog kod bipolarnih.
Drugo, možemo dodati da ove diode ne akumuliraju ne-većinske nositelje naboja, budući da struja u poluvodiču prolazi prema principu drifta. Reći ću vam o ovom mehanizmu u sljedećim člancima.

Veliki broj Schottky dioda proizveden je planarnom tehnologijom s epitaksijalnim n-slojem, na čijoj se površini stvara oksidni sloj u kojem se formiraju prozori koji tvore barijeru. Kao potonji koriste se sljedeći metali: molibden, titan, platina, nikal. Prsten p-tipa silicija formiran je preko cijelog područja kontaktnog područja ( Slika 2 a), koji će služiti za smanjenje rubnih struja curenja.

Slika 2 a., b.

“Zaštitni” prsten radi na ovaj način: stupanj dopiranja i dimenzije p-regije dizajnirani su na takav način da tijekom prenapona na uređaju probojna struja teče kroz p-n spoj, a ne kroz Schottky kontakt .

Ovdje vidimo da se područja p-tipa formiraju izravno u aktivnom području Schottkyjevog prijelaza. Budući da ovaj dizajn ima dvije vrste spoja - spoj metala i silicija i p-n spoj - zauzima srednji položaj u svojim svojstvima i karakteristikama. Zahvaljujući Schottkyevom spoju ima minimalne struje curenja, a zbog prisutnosti p-n spoja ima visoke napone pri prednaponu.

Također dizajn prikazan u Slika 2 b , ima povećanu otpornost na pražnjenje statičkog elektriciteta. To proizlazi iz principa rada, a to je da su skupne struje curenja zatvorene u osiromašenom području p-n spoja, čime se smanjuje električno polje na sučelju metal-poluvodič pod prednaponom; područja prostornih p-n spojeva imaju minimalnu širinu , i strujno-naponska karakteristika (VAC) sl.3 dioda je blizu strujno-naponske karakteristike tipičnog dizajna diode. S obrnutim naponima, osiromašeno područje p-n spoja se povećava kako primijenjeni napon raste i SCR susjednih p-n spojeva se zatvara, tvoreći neku vrstu "zaslona" koji štiti kontakt Mi-Si visoke napone, što može uzrokovati velike volumetrijske struje curenja.

Slika 3 Strujno-naponska karakteristika Schottky diode

Princip rada

Strujno-naponska karakteristika prednaponske Schottky diode određena je formulom

koja se oblikom podudara sa strujno-naponskom karakteristikom pn-spoja ali struja J 0 mnogo viši od J s (tipične vrijednosti Schottky diode Al-Si u 25 S J 0 = 1,6 * 10 -5 A/cm 2, a za p- n-spoj na N d = N a =10 16 A/cm 3, J s =10 -10 A/cm 2 )

Kada je Schottky dioda prednaponska, napon na samom poluvodiču dodaje se padu napona na spoju. Otpor ovog područja sadrži dvije komponente: otpor slabo dopiranog epitaksijalnog filma (n -) i otpor jako dopiranog supstrata (n +). Za Schottky diodu s niskom tolerancijom napona (manje od 40 V), ova dva otpora su istog reda veličine, budući da je područje n + mnogo dulje od područja (n -) (približno 500 odnosno 5 μm) . Ukupni otpor silicija s površinom od 1 cm2 je u ovom slučaju od 0,5 do 1 mOhm, stvarajući pad napona u poluvodiču od 50 do 100 mV pri struji od 100A.

Ako je Schottky dioda dizajnirana da dopusti reverzni napon veći od 40 V, otpor slabo dopiranog područja se povećava vrlo brzo, budući da je potrebno dulje blago dopirano područje i još niža koncentracija nositelja za proizvodnju višeg napona. Kao rezultat, oba čimbenika dovode do povećanja otpora (n -) područja diode.

Projektiranje i tehnološke metode.

Visoki otpor je jedan od razloga zašto konvencionalne silicijske Schottky diode nisu dizajnirane za napone iznad 200 V.

Kako bi se smanjile povratne struje curenja i povećala otpornost na pražnjenja statičkog elektriciteta, koriste se različite tehnike.

Dakle, kako bi se smanjile struje curenja i prinos odgovarajućih Schottky dioda, napravljena je depresija od 0,05 μm u prozoru ispod sloja barijere, a nakon formiranja depresije u epitaksijalnom sloju, provodi se žarenje na temperaturi od 650 stupnjeva . U atmosferi dušika 2-6 sati.

Smanjenje reverznih struja molibdenovih Schottky dioda postiže se stvaranjem getterskog sloja prije nanošenja epitaksijalnog sloja poliranjem stražnje strane supstrata slobodnim abrazivom, a nakon metalizacije Schottky elektrode, getterski sloj se uklanja.

Održavanjem optimalnih omjera između širine i dubine zaštitnog prstena, također je moguće značajno smanjiti povratne struje curenja i povećati otpornost na statiku.

Napišite komentare ili dodatke članku, možda sam nešto propustio. Pogledajte, bit će mi drago ako nađete još nešto korisno kod mene.

Schottky diode, točnije diode s Schottky barijerom, su poluvodički elementi izrađeni na bazi kontakta metal-poluvodič, dok konvencionalne diode koriste poluvodički p-n spoj.

Schottky dioda svoje ime i pojavu u elektronici duguje njemačkom fizičaru i izumitelju Walteru Schottkyju, koji je 1938. godine, proučavajući novootkriveni efekt barijere, potvrdio prethodno iznesenu teoriju, prema kojoj iako je emisija elektrona iz metala spriječena potencijalnom barijerom, ali kako se primjeni vanjsko električno polje, ta će se barijera smanjivati. Walter Schottky otkrio je ovaj efekt, koji je tada nazvan Schottkyjev efekt, u čast znanstvenika.

Ispitujući kontakt između metala i poluvodiča, može se vidjeti da ako blizu površine poluvodiča postoji područje osiromašeno glavnim nositeljima naboja, tada u području kontakta ovog poluvodiča s metalom na strani poluvodiča, formira se područje prostornog naboja ioniziranih akceptora i donora, te se ostvaruje blokirajući kontakt - ista Schottkyjeva barijera . Pod kojim uvjetima nastaje ova prepreka? Struja termoemisije s površine čvrstog tijela određena je Richardsonovom jednadžbom:

Stvorimo uvjete kada bi, kada poluvodič, npr. n-tip, dođe u kontakt s metalom, termodinamički rad rada elektrona iz metala bio veći od termodinamičkog rada rada elektrona iz poluvodiča. Pod takvim uvjetima, u skladu s Richardsonovom jednadžbom, struja termoemisije s površine poluvodiča bit će veća od struje termoemisije s površine metala:

U početnom trenutku, nakon kontakta navedenih materijala, struja od poluvodiča do metala će premašiti reverznu struju (od metala do poluvodiča), zbog čega će se prostorni naboji početi akumulirati u blizini -površinska područja i poluvodiča i metala - pozitivna u poluvodiču i negativna u poluvodiču U kontaktnom području nastat će električno polje formirano od ovih naboja, a energetske zone će se savijati.

Pod utjecajem polja dolazi do porasta termodinamičkog rada poluvodiča, koji će se povećavati sve dok se u kontaktnom području ne izjednače termodinamički radovi rada i odgovarajuće struje termoemisije u odnosu na površinu.

Slika prijelaza u ravnotežno stanje s nastankom potencijalne barijere za p-tip poluvodiča i metal slična je razmatranom primjeru s n-tipom poluvodiča i metala. Uloga vanjskog napona je reguliranje visine potencijalne barijere i jakosti električnog polja u području prostornog naboja poluvodiča.

Gornja slika prikazuje dijagrame pojasa različitih faza formiranja Schottkyjeve barijere. U uvjetima ravnoteže u kontaktnom području struje termoemisije su se izravnale, a kao rezultat efekta polja nastala je potencijalna barijera čija je visina jednaka razlici termodinamičkih radnih funkcija: φk = FMe - Fp /str.

Prilikom montaže napajanja i pretvarača napona za auto pojačala često se javlja problem ispravljanja struje iz transformatora. Doći do moćnih pulsirajućih dioda prilično je ozbiljan problem, pa sam odlučio objaviti članak koji daje potpuni popis i parametre snažnih Schottky dioda. Osobno sam prije nekog vremena imao problem s pretvaračkim ispravljačem za auto pojačalo. Pretvarač je prilično snažan (500-600 vata), frekvencija izlaznog napona je 60 kHz, svaka obična dioda koja se može naći u starom smeću odmah će izgorjeti kao šibica. Jedina dostupna opcija u to vrijeme bila je domaća KD213A. Diode su dosta dobre, drže do 10 Ampera, radna frekvencija je unutar 100 kHz, ali su se i užasno pregrijale pod opterećenjem.

Zapravo, moćne diode mogu se naći u gotovo svima. Računalno napajanje je ono koje napaja cijelo računalo. U pravilu se izrađuju sa snagom od 200 watti do 1 kW ili više, a budući da se računalo napaja iz, to znači da napajanje mora imati ispravljač. Moderni izvori napajanja koriste snažne sklopove Schottky dioda za ispravljanje napona - imaju minimalni pad napona na prijelazu i mogućnost rada u impulsnim krugovima, gdje je radna frekvencija mnogo viša od mrežnih 50 Hz. Nedavno su besplatno donijeli nekoliko napajanja, odakle su diode uklonjene za ovaj kratki pregled. U računalnim napajanjima možete pronaći različite sklopove dioda; ovdje gotovo da nema pojedinačnih dioda - u jednom slučaju postoje dvije snažne diode, često (gotovo uvijek) sa zajedničkom katodom. Ovo su neki od njih:

D83-004 (ESAD83-004)- Snažni sklop Schottky dioda, reverzni napon 40 Volti, dopuštena struja 30A, u pulsnom režimu do 250A - možda jedna od najjačih dioda koje se mogu naći u računalnim napajanjima.

STPS3045CW- Dvostruka Schottky dioda, ispravljena struja 15A, prednji napon 570mV, povratna struja curenja 200uA, povratni napon konstantan 45 Volti.

Osnovne Schottky diode koje se nalaze u izvorima napajanja

Schottky TO-220 SBL2040CT 10A x 2 =20A 40V Vf=0,6V na 10A
Schottky TO-247 S30D40 15A x 2 =30A 40V Vf=0,55V na 15A
Ultrabrzi TO-220 SF1004G 5A x 2 =10A 200V Vf=0,97V na 5A
Ultrabrzi TO-220 F16C20C 8A x 2 =16A 200V Vf=1,3V na 8A
Ultrabrzi SR504 5A 40V Vf=0,57
Schottky TO-247 40CPQ060 20A x 2 =40A 60V Vf=0,49V na 20A
Schottky TO-247 STPS40L45C 20A x 2 =40A 45V Vf=0,49V
Ultrabrzi TO-247 SBL4040PT 20A x 2 =40A 45V Vf=0,58V na 20A
Schottky TO-220 63CTQ100 30A x 2 =60A 100 Vf=0,69V na 30A
Schottky TO-220 MBR2545CT 15A x 2 =30A 45V Vf=0,65V na 15A
Schottky TO-247 S60D40 30A x 2 =60A 40-60V Vf=0,65V na 30A
Schottky TO-247 30CPQ150 15A x 2 =30A 150V Vf=1V na 15A
Schottky TO-220 MBRP3045N 15A x 2 =30A 45V Vf=0,65V na 15A
Schottky TO-220 S20C60 10A x 2 =20A 30-60V Vf=0,55V na 10A
Schottky TO-247 SBL3040PT 15A x 2 =30A 30-40V Vf=0,55V na 15A
Schottky TO-247 SBL4040PT 20A x 2 =40A 30-40V Vf=0,58V na 20A
Ultrabrzi TO-220 U20C20C 10A x 2 =20A 50-200V Vf=0,97V na 10A

Postoje i moderni domaći diodni sklopovi za veliku struju. Evo njihovih oznaka i unutarnjeg dijagrama:

Također proizvedeno , koji se mogu koristiti, na primjer, u napajanjima za cijevna pojačala i drugu opremu s povećanim napajanjem. Popis je naveden u nastavku:

Visokonaponske Schottky energetske diode napona do 1200 V

Iako je poželjnije koristiti Schottky diode u niskonaponskim snažnim ispravljačima s izlaznim naponima od nekoliko desetaka volti pri visokim frekvencijama prebacivanja.

Schottky dioda je još jedan tip tipične poluvodičke diode, njezina posebnost je mali pad napona kada je izravno spojena. Ime je dobio u čast njemačkog fizičara i izumitelja Waltera Schottkyja. Ove diode koriste spoj metal-poluvodič kao potencijalnu barijeru, umjesto p-n spoja. Dopušteni obrnuti napon Schottky dioda je obično oko 1200 volti, na primjer CSD05120 i njegovi analozi u praksi se koriste u niskonaponskim krugovima s obrnutim naponima do nekoliko desetaka volti.

Na dijagramima strujnog kruga one su označene gotovo kao diode, vidi gornju sliku, ali s malim grafičkim razlikama; osim toga, dvojne Schottky diode su prilično uobičajene.

Dvostruka Schottky dioda su dva odvojena elementa sastavljena u jednom zajedničkom kućištu, a terminali katoda ili anoda ovih komponenti su kombinirani. Dakle, dvostruka dioda, obično tri terminala. U sklopnim i računalnim napajanjima često se mogu vidjeti dvostruke Schottky diode sa zajedničkom katodom.

Budući da su obje diode smještene u jedno kućište i sastavljene istim tehnološkim postupkom, njihovi tehnički parametri su gotovo identični. S takvim postavljanjem u jednom kućištu, tijekom rada bit će u istom temperaturnom režimu, a to je jedan od glavnih čimbenika povećanja pouzdanosti uređaja u cjelini.

Prednosti

Pad napona na diodi kada je izravno spojen je samo 0,2-0,4 volta, dok je na tipičnim silicijskim diodama ovaj parametar 0,6-0,7 volta. Tako nizak pad napona na poluvodiču, kada je spojen izravno, karakterističan je samo za Schottky diode s obrnutim naponom od najviše desetaka volti, ali ako se primijenjena razina napona poveća, pad napona na Schottky diodi već je usporediv s silicij dioda, što prilično ozbiljno ograničava upotrebu Schottky dioda u modernoj elektronici.
Teoretski, svaka Schottky dioda može imati niski barijerni kapacitet. Odsutnost eksplicitnog klasičnog p-n spoja omogućuje značajno povećanje radne frekvencije uređaja. Ovaj je parametar našao široku primjenu u proizvodnji integriranih krugova, gdje Schottky diode zaobilaze prijelaze tranzistora koji se koriste kao logički elementi. U energetskoj elektronici važan je još jedan parametar Schottky dioda, naime, nisko vrijeme oporavka omogućuje korištenje ispravljača snage na frekvencijama od stotina kHz i više. Na primjer, radijska komponenta MBR4015 (15 V i 40 A) koristi se za ispravljanje RF napona, a njeno vrijeme oporavka je samo 10 kV/μs.
Zbog navedenih pozitivnih svojstava, ispravljači izgrađeni na Schottky diodama razlikuju se od ispravljača na standardnim diodama nižom razinom smetnji, pa se koriste u analognim sekundarnim izvorima napajanja.

minusi

U slučaju kratkotrajnog prekoračenja dopuštene razine obrnutog napona, Schottky dioda ne radi, za razliku od tipičnih silicijskih dioda, koje će jednostavno prijeći u reverzibilni način kvara, pod uvjetom da disipacija snage kristala nije veća od dopuštene vrijednosti, a nakon smanjenja napona dioda potpuno vraća svoje karakteristike .
Schottky diode karakteriziraju veće vrijednosti reverznih struja, koje se povećavaju s povećanjem temperature kristala i, u slučaju nezadovoljavajućih radnih uvjeta hladnjaka pri radu s velikim strujama, dovode do toplinskog kvara radio komponente.

Schottky diode, kao što sam gore napomenuo, aktivno se koriste u računalnim napajanjima i sklopnim regulatorima napona. Koriste se u niskonaponskim i jako strujnim dijelovima računalnog UPS kruga na + 3,3 volta i + 5,0 volta. Najčešće se koriste dvojne diode sa zajedničkom katodom. Upravo se uporaba dvostrukih dioda smatra znakom visoke kvalitete.

Pregorjela Schottky dioda jedan je od najčešćih kvarova. Dioda može imati dva neradna stanja: električni kvar i curenje u tijelo. U bilo kojem od ovih uvjeta, UPS je blokiran zbog ugrađenog zaštitnog kruga.

U slučaju električnog kvara, svi sekundarni naponi u napajanju su odsutni. U slučaju curenja, ventilator napajanja računala može se "trzati", a pulsacije izlaznog napona mogu se pojaviti na izlazu i povremeno nestati. Odnosno, zaštitni modul se povremeno aktivira, ali ne dolazi do potpunog blokiranja. Schottky diode su 100% izgorjele ako je radijator na koji su pričvršćene jako topao ili ima jak miris spaljenog.

Treba reći nekoliko riječi da prilikom popravka UPS-a nakon zamjene dioda, posebno ako sumnjate na curenje u kućište, trebate zazvoniti sve tranzistore snage koji rade u načinu rada s prebacivanjem. I također u slučaju zamjene ključnih tranzistora, provjera dioda je obavezna i strogo neophodna.

Tehnika ispitivanja Schottky diode je ista kao i za standardnu standardnu diodu. Ali i tu postoje male razlike. Vrlo je teško testirati diodu ovog tipa koja je već zalemljena u krug. Stoga se sklop ili pojedinačni element prvo moraju ukloniti iz kruga radi pregleda. Vrlo je lako odrediti potpuno probušeni element. Na svim granicama mjerenja otpora, multimetar će prikazati beskonačno nizak otpor ili kratki spoj u oba smjera.

Teže je provjeriti sa sumnjom na curenje. Ako provjerimo tipičnim multimetrom, na primjer DT-830 u "diodnom" načinu rada, vidjet ćemo servisnu komponentu. Međutim, ako mjerenje provodite u ohmmetarskom načinu rada, tada se utvrđuje da je obrnuti otpor na granici od "20 kOhm" beskonačno velik (1). Ako element pokazuje neki otpor, na primjer 5 kOhm, onda je bolje smatrati ovu diodu sumnjivom i zamijeniti je onom koja je sigurno operativna. Ponekad je bolje odmah zamijeniti Schottky diode na sabirnicama +3,3 V i +5,0 V u računalnom UPS-u.

Ponekad se koriste u prijemnicima alfa i beta zračenja (dozimetrima), stezaljkama za neutronsko zračenje, a osim toga, solarni paneli se sklapaju na prijelazima Schottkyjeve barijere koji opskrbljuju električnom energijom svemirske letjelice koje koračaju prostranstvima našeg golemog svemira.

Razvoj elektronike zahtijeva sve više standarde od radijskih komponenti. Za rad na visokim frekvencijama koristi se Schottky dioda, koja je u svojim parametrima superiornija od silicijskih analoga. Ponekad možete naići na naziv Schottky barrier diode, što u osnovi znači isto.

Oblikovati
Minijaturizacija
Koristiti u praksi

Oblikovati

Schottky dioda razlikuje se od običnih dioda po svom dizajnu, koji koristi metal-poluvodič umjesto p-n spoja. Jasno je da su svojstva ovdje različita, što znači da bi karakteristike također trebale biti različite.

Doista, poluvodički metal ima sljedeće parametre:

Struja curenja je od velike važnosti;
Mali pad napona preko spoja kada je spojen izravno;
Vrlo brzo vraća napunjenost jer ima nisku vrijednost.

Schottky dioda je izrađena od materijala kao što su galijev arsenid, silicij; mnogo rjeđe, ali se također može koristiti, je germanij. Izbor materijala ovisi o svojstvima koja treba postići, međutim, u svakom slučaju, maksimalni povratni napon za koji se ovi poluvodiči mogu proizvesti nije veći od 1200 volti - to su ispravljači najvišeg napona. U praksi se mnogo češće koriste na nižim naponima - 3, 5, 10 volti.

U dijagramu kruga, Schottky dioda je označena na sljedeći način:

Ali ponekad možete vidjeti ovu oznaku:

To znači dvojni element: dvije diode u jednom kućištu sa zajedničkom anodom ili katodom, dakle element ima tri priključka. Napajanja koriste takve dizajne sa zajedničkom katodom; prikladni su za korištenje u ispravljačkim krugovima. Često dijagrami prikazuju oznake obične diode, ali opis pokazuje da je ovo Schottky dioda, pa morate biti oprezni.

Sklopovi dioda sa Schottkyjevom barijerom dostupni su u tri vrste:

Tip 1 – sa zajedničkom katodom;

Tip 2 - sa zajedničkom anodom;

Tip 3 – prema shemi udvostručenja.

Za uštedu na računima za struju naši čitatelji preporučuju Electricity Saving Box. Mjesečne uplate bit će 30-50% manje nego što su bile prije korištenja štednje. Uklanja reaktivnu komponentu iz mreže, što rezultira smanjenjem opterećenja i, kao posljedicu, potrošnje struje. Električni uređaji troše manje električne energije i troškovi su smanjeni.

Ova veza pomaže povećati pouzdanost elementa: nakon svega, budući da su u istom kućištu, imaju isti temperaturni režim, što je važno ako su potrebni snažni ispravljači, na primjer, 10 ampera.

Ali postoje i nedostaci. Stvar je u tome što se mali pad napona (0,2–0,4 V) takvih dioda pojavljuje pri niskim naponima, obično 50–60 volti. Pri višim vrijednostima ponašaju se kao obične diode. Ali što se tiče struje, ovaj sklop pokazuje vrlo dobre rezultate, jer je često potrebno - posebno u strujnim krugovima i energetskim modulima - da radna struja poluvodiča bude najmanje 10A.

Još jedan veliki nedostatak: za ove uređaje, povratna struja se ne može prekoračiti čak ni na trenutak. Oni odmah pokvare, dok silicijske diode, ako njihova temperatura nije prekoračena, vraćaju svoja svojstva.

Ali ipak ima pozitivnih stvari. Osim niskog pada napona, Schottky dioda ima nisku vrijednost kapaciteta spoja. Kao što znate: manji kapacitet - veća frekvencija. Takva dioda našla je primjenu u prekidačkim izvorima napajanja, ispravljačima i drugim krugovima s frekvencijama od nekoliko stotina kiloherca.

Strujno-naponska karakteristika takve diode ima asimetričan izgled. Kada se primijeni napon naprijed, jasno je da struja eksponencijalno raste, a kada se primijeni napon obrnuto, struja ne ovisi o naponu.

Sve se to može objasniti ako se zna da se princip rada ovog poluvodiča temelji na kretanju glavnih nositelja - elektrona. Iz istog su razloga ti uređaji tako brzi: nemaju procese rekombinacije karakteristične za uređaje s p-n spojevima. Svi uređaji s strukturom barijere karakteriziraju asimetrija strujno-naponskih karakteristika, jer je broj nositelja električnog naboja taj koji određuje ovisnost struje o naponu.

Minijaturizacija

S razvojem mikroelektronike počeli su se široko koristiti posebni mikro krugovi i mikroprocesori s jednim čipom. Sve to ne isključuje korištenje visećih elemenata. Međutim, ako se u tu svrhu koriste radioelementi konvencionalnih veličina, to će negirati cijelu ideju minijaturizacije u cjelini. Stoga su razvijeni open-frame elementi - SMD komponente, koje su 10 ili više puta manje od konvencionalnih dijelova. Strujno-naponske karakteristike takvih komponenti ne razlikuju se od strujno-naponskih karakteristika konvencionalnih uređaja, a njihove smanjene dimenzije omogućuju korištenje takvih rezervnih dijelova u različitim mikrosklopovima.

SMD komponente dolaze u nekoliko veličina. Veličina SMD 1206 je prikladna za ručno lemljenje. Imaju veličinu od 3,2 x 1,6 mm, što vam omogućuje da ih sami lemite. Ostali SMD elementi su minijaturniji, sastavljeni u tvornici s posebnom opremom i nemoguće ih je sami lemiti kod kuće.

Načelo rada smd komponente također se ne razlikuje od njegovog velikog kolege, a ako, na primjer, uzmemo u obzir strujno-naponsku karakteristiku diode, tada će biti jednako prikladna za poluvodiče bilo koje veličine. Raspon struje je od 1 do 10 ampera. Oznaka na kućištu često se sastoji od digitalnog koda, čije je dekodiranje dano u posebnim tablicama. Mogu se testirati na njihovu prikladnost pomoću testera, baš kao i njihovi veći parnjaci.

Koristiti u praksi

Schottky ispravljači se koriste u prekidačkim izvorima napajanja, stabilizatorima napona, sklopnim ispravljačima. Najzahtjevnija struja - 10A ili više - su naponi od 3,3 i 5 volti. U takvim sekundarnim strujnim krugovima najčešće se koriste Schottky uređaji. Da bi se pojačale vrijednosti struje, spojeni su zajedno u krug sa zajedničkom anodom ili katodom. Ako je svaka od dvostrukih dioda ocijenjena na 10 ampera, dobit ćete značajnu sigurnosnu marginu.

Jedan od najčešćih kvarova sklopnih modula snage je kvar tih istih dioda. U pravilu se potpuno probiju ili procure. U oba slučaja potrebno je zamijeniti neispravnu diodu, zatim multimetrom provjeriti tranzistore snage i izmjeriti napon napajanja.

Ispitivanje i zamjenjivost

Schottky ispravljači mogu se testirati na isti način kao i konvencionalni poluvodiči, budući da imaju slične karakteristike. Morate ga zazvoniti u oba smjera multimetrom - trebao bi se pokazati na isti način kao i obična dioda: anoda-katoda, i ne bi trebalo biti curenja. Ako pokazuje čak i mali otpor - 2-10 kilo-ohma, to je već razlog za sumnju.

Dioda sa zajedničkom anodom ili katodom može se ispitati kao dva obična poluvodiča povezana zajedno. Na primjer, ako je anoda uobičajena, tada će to biti jedna noga od tri. Na anodu postavimo jednu sondu ispitivača, druge noge su različite diode, a na njih se postavi još jedna sonda.

Može li se zamijeniti drugom vrstom? U nekim slučajevima Schottky diode se zamjenjuju običnim germanijevim diodama. Na primjer, D305 pri struji od 10 ampera dao je pad od samo 0,3 volta, a pri struji od 2-3 ampera općenito se mogu instalirati bez radijatora. Ali glavna svrha Schottky instalacije nije mali pad, već mali kapacitet, tako da zamjena neće uvijek biti moguća.

Kao što vidimo, elektronika ne stoji mirno, a daljnje primjene uređaja velike brzine samo će se povećavati, što će omogućiti razvoj novih, složenijih sustava.

Velikoj obitelji poluvodičkih dioda nazvanih po imenima znanstvenika koji su otkrili neobičan učinak, možemo dodati još jednu. Ovo je Schottky dioda.

Njemački fizičar Walter Schottka otkrio je i proučavao tzv. efekt barijere koji se javlja kod određene tehnologije stvaranja prijelaza metal-poluvodič.

Glavna značajka Schottky diode je da, za razliku od konvencionalnih dioda temeljenih na pn spoju, koristi spoj metal-poluvodič, koji se također naziva Schottky barijera. Ova barijera, baš kao i poluvodički pn spoj, ima svojstvo jednosmjerne električne vodljivosti i niz karakterističnih svojstava.

Materijali koji se koriste za izradu dioda s Schottkyjevom barijerom uglavnom su silicij (Si) i galijev arsenid (GaAs), kao i metali poput zlata, srebra, platine, paladija i volframa.

U dijagramima kruga, Schottky dioda je prikazana ovako.

Kao što vidite, njegova slika je nešto drugačija od oznake konvencionalne poluvodičke diode.

Osim ove oznake, na dijagramima možete pronaći i sliku dvostruke Schottky diode (sklop).

Dualna dioda su dvije diode montirane u jednom zajedničkom kućištu. Priključci njihovih katoda ili anoda su spojeni. Stoga takav sklop u pravilu ima tri izlaza. Preklopni izvori napajanja obično koriste zajedničke katodne sklopove.

Budući da su dvije diode smještene u istom kućištu i izrađene u jednom tehnološkom procesu, njihovi parametri su vrlo bliski. Budući da su smješteni u jednom kućištu, njihovi temperaturni uvjeti su isti. To povećava pouzdanost i vijek trajanja elementa.

Schottky diode imaju dvije pozitivne kvalitete: vrlo nizak pad napona (0,2-0,4 volta) na spoju i vrlo visoke performanse.

Nažalost, tako mali pad napona događa se kada primijenjeni napon nije veći od 50-60 volti. Kako se dalje povećava, Schottky dioda se ponaša kao konvencionalna silicijska ispravljačka dioda. Maksimalni povratni napon za Schottky obično ne prelazi 250 volti, iako se u prodaji mogu naći uzorci s naponom od 1,2 kilovolta (VS-10ETS12-M3).

Dakle, dvostruka Schottky dioda (Schottkyjev ispravljač) 60CPQ150 dizajniran za maksimalni povratni napon od 150V, a svaka od dioda sklopa može proći 30 ampera u izravnoj vezi!

Također možete pronaći uzorke čija poluciklična ispravljena struja može doseći maksimalno 400A! Primjer je model VS-400CNQ045.

Vrlo često se u dijagramima sklopova složeni grafički prikaz katode jednostavno izostavi i Schottky dioda se prikazuje kao obična dioda. A vrsta korištenog elementa navedena je u specifikaciji.

Nedostaci dioda sa Schottkyjevom barijerom uključuju činjenicu da čak i ako se nakratko prekorači obrnuti napon, one odmah pokvare i, što je najvažnije, nepovratno. Dok se silikonski ventili snage, nakon prestanka viška napona, savršeno samoobnavljaju i nastavljaju s radom. Osim toga, povratna struja dioda jako ovisi o temperaturi spoja. Pri velikoj obrnutoj struji dolazi do toplinskog sloma.

Uz veliku brzinu i, prema tome, kratko vrijeme oporavka, pozitivne kvalitete Schottky dioda uključuju mali kapacitet spoja (barijere), što vam omogućuje povećanje radne frekvencije. To im omogućuje da se koriste u impulsnim ispravljačima na frekvencijama od stotina kiloherca. Veliki broj Schottky dioda nalazi svoju primjenu u integriranoj mikroelektronici. Schottky diode izrađene pomoću nanotehnologije uključene su u integrirane sklopove, gdje zaobilaze spojeve tranzistora kako bi poboljšale performanse.

Schottky diode serije 1N581x (1N5817, 1N5818, 1N5819) ukorijenile su se u amaterskoj radio praksi. Svi su dizajnirani za maksimalnu struju naprijed ( I F(AV)) – 1 amper i obrnuti napon ( V RRM) od 20 do 40 volti. Pad napona ( V F) na spoju je od 0,45 do 0,55 volti. Kao što je već spomenuto, pad napona prema naprijed ( Pad napona naprijed) za diode sa Schottkyjevom barijerom je vrlo mala.

Još jedan prilično dobro poznat element je 1N5822. Dizajniran je za prednju struju od 3 ampera i smješten je u kućište DO-201AD.

Također na tiskanim pločama možete pronaći diode serije SK12 - SK16 za površinsku montažu. Prilično su male veličine. Unatoč tome, SK12-SK16 može izdržati struju naprijed do 1 ampera pri obrnutom naponu od 20 - 60 volti. Pad napona prema naprijed je 0,55 volta (za SK12, SK13, SK14) i 0,7 volta (za SK15, SK16). Također u praksi možete pronaći diode serije SK32 - SK310, na primjer, SK36, koji je dizajniran za istosmjernu struju od 3 ampera.

Primjena Schottky dioda u izvorima napajanja.

Schottky diode se aktivno koriste u računalnim napajanjima i sklopnim stabilizatorima napona. Među niskonaponskim naponima napajanja najveća struja (desetci ampera) je +3,3 volta i +5,0 volta. Upravo se u ovim sekundarnim izvorima napajanja koriste diode s Schottkyjevom barijerom. Najčešće se koriste sklopovi s tri priključka sa zajedničkom katodom. Upravo korištenje sklopova može se smatrati znakom kvalitetnog i tehnološki naprednog napajanja.

Kvar Schottky diode jedan je od najčešćih kvarova u sklopnim izvorima napajanja. Može imati dva "mrtva" stanja: čisti električni kvar i curenje. Ako je prisutan jedan od ovih uvjeta, napajanje računala je blokirano jer se aktivira zaštita. Ali to se može dogoditi na različite načine.

U prvom slučaju, svi sekundarni naponi su odsutni. Zaštita je blokirala napajanje. U drugom slučaju, ventilator se "trza" i povremeno se pojavljuju valovi napona, a zatim nestaju na izlazu izvora napajanja.

To jest, zaštitni krug se povremeno aktivira, ali izvor napajanja nije potpuno blokiran. Schottky diode zajamčeno neće uspjeti ako je radijator na kojem su instalirani jako vruć dok se ne pojavi neugodan miris. I posljednja dijagnostička opcija povezana je s curenjem: kada se opterećenje središnjeg procesora povećava u multiprogramskom načinu rada, napajanje se spontano isključuje.

Treba imati na umu da prilikom profesionalnog popravka napajanja, nakon zamjene sekundarnih dioda, osobito kod sumnje na curenje, trebate provjeriti sve tranzistore snage koji obavljaju funkciju ključeva i obrnuto: nakon zamjene ključnih tranzistora, provjera sekundarnih dioda je obavezan postupak. Uvijek je potrebno voditi se načelom: nevolja ne dolazi sama.

Provjera Schottky dioda multimetrom.

Možete provjeriti Schottky diodu pomoću komercijalnog multimetra. Tehnika je ista kao kod provjere konvencionalne poluvodičke diode s p-n spojem. Ali i tu postoje zamke. Diodu koja curi je posebno teško ispitati. Prije svega, element se mora ukloniti iz kruga radi točnije provjere. Vrlo je lako odrediti potpuno slomljenu diodu. Na svim granicama mjerenja otpora, neispravni element će imati infinitezimalni otpor, kako u izravnom tako iu povratnom spoju. Ovo je jednako kratkom spoju.

Teže je provjeriti diodu sa sumnjom na "curenje". Ako provjerimo multimetrom DT-830 u "diodnom" načinu rada, vidjet ćemo potpuno servisiran element. Možete pokušati izmjeriti njegov povratni otpor pomoću ohmmetra. Na granici od "20 kOhm", obrnuti otpor je definiran kao beskonačno velik. Ako uređaj pokazuje barem neki otpor, recimo 3 kOhm, tada se ova dioda treba smatrati sumnjivom i zamijeniti poznatom dobrom. Potpuna zamjena Schottky dioda na sabirnicama napajanja +3,3 V i +5,0 V može pružiti 100% jamstvo.

Gdje se još koriste Schottky diode u elektronici? Mogu se naći u prilično egzotičnim uređajima, poput prijemnika alfa i beta zračenja, detektora neutronskog zračenja, a odnedavno se solarni paneli sklapaju na spojevima Schottkyjeve barijere. Dakle, oni također opskrbljuju svemirske letjelice strujom.

Ili u raznim dijagramima električnog kruga postoji takva stvar kao što je Schottky dioda. Prije svega, ovo je posebna poluvodička dioda, koja ima mali pad napona kada je izravno spojena i sastoji se od poluvodiča i metala. Ime je dobio u čast njemačkog izumitelja Waltera Schottkyja, koji je izumio ovaj elektronički element.

U kontaktu s

Dopušteni povratni napon u elektroničkoj komponenti za industrijske svrhe ograničen je na 250 volti. Na praksi uglavnom se koristi u krugovima niskog napona kako bi se spriječio protok struje u suprotnom smjeru. Po snazi se dijele u nekoliko skupina: male snage, srednje snage i velike snage.

Sam uređaj se sastoji od metala - poluvodiča, staklene pasivacije, zaštitnog prstena i metala. Kada električna struja počne teći kroz krug, tada će se akumulirati na zaštitnom prstenu i kroz cijelo područje poluvodičke barijere pozitivni i negativni naboji, ali u različitim dijelovima tijela, u kojima će nastati električno polje i generirati toplina, što je veliki plus za neke eksperimente u fizici.

Razlika od ostalih poluvodiča

Ovaj elektronički element razlikuje se od ostalih po tome što kao barijeru koristi metal - poluvodič, koji ima jednosmjernu električnu vodljivost i ima mnoga druga karakteristična svojstva. Takvi poluvodički metali mogu biti galijev arsenid, zlato, silicijev karbid, volfram, germanij, paladij, platina i tako dalje.

Cijeli rad Schottkyjevog elektroničkog elementa ovisit će o odabranom metalu. Posebno se često koristi silicij jer je pouzdaniji od ostalih i dobro radi pri velikoj snazi. Također češće od drugih metala Koriste poluvodič na bazi galijevog arsenida (GaAs) - kemijskog spoja arsena i galija, rjeđe - na bazi germanija (Ge). Tehnologija izrade ovih elektroničkih elemenata vrlo je jednostavna, zbog čega su i najjeftiniji.

Također, Schottky dioda se razlikuje od ostalih u stabilnom radu kada se struja dovodi. Radi stabilnosti, u tijelo ovog elektroničkog elementa uvode se posebni kristali, što je vrlo delikatan posao, jer nemarom ili nepažnjom može doći do kvara uređaja. Ljudi to rijetko rade; najčešće taj posao obavlja poseban robot - automatski stroj programiran za takvu operaciju.

Označavanje i označavanje Schottky diode

Kao što svi elektronički dijelovi i elementi imaju oznake, na dijagramima strujnih krugova ovaj elektronički element prikazan je ovako (vidi sliku 1), što je nešto drugačije od oznake konvencionalnog poluvodiča.

Također na dijagramima možete vidjeti sliku dvostruke Schottky diode (vidi sl. 2). To su dva montirana elektronička elementa u jednoj zajedničkoj zgradi. Njihove anode ili katode su zalemljene, tako da imaju tri izvoda.

Ovaj elektronički element, kao i većina, označen je sa strane. A ako slova i brojevi na oznaci nisu jasni, onda možete pogledati njihovo dekodiranje u priručniku o radiotehnici.

Prednosti i nedostatci

Ovaj uređaj ima svoje pozitivne strane i svoje nedostatke.

Dobro održava električnu struju u krugu;
Mali kapacitet barijere izrađen od poluvodičkih metala, što povećava dugoročnu izvedbu diode;
Za razliku od drugih poluvodiča, Schottky dioda pokazuje mali pad napona;
U električnom krugu, ova Schottky dioda radi brzo.

Veliki minus Problem je u tome što povratna struja može biti vrlo velika. U nekim slučajevima, na primjer, prekoračenje potrebnog nivo obrnute struječak i za nekoliko ampera, elektronički element se jednostavno pokvari ili zakaže u najnepovoljnijem trenutku, bez obzira je li nov ili star. Također se često mogu primijetiti curenja dioda, što u nekim slučajevima može dovesti do strašnih posljedica ako se zanemari ispitivanje poluvodiča.

Primjena Schottky diode

ove elektronički elementi, gore predstavljeni, mogu se naći u našem svijetu gotovo posvuda: u računalima, stabilizatorima, kućanskim aparatima, radiju, televiziji, izvorima napajanja, solarnim panelima, tranzistorima i u mnogim drugim uređajima iz svih sfera života.

U svim slučajevima povećava učinkovitost i učinak, smanjuje broj gubitaka dinamika napona, vraća obrnuti otpor struje, apsorbira zračenje alfa, beta i gama naboja, omogućuje vam da radite dosta dugo bez kvarova, održava struju u naponu električnog kruga.

Dijagnostika Schottky dioda

Moguće je dijagnosticirati Schottky elektronički element ako se ukaže potreba, ali to će potrajati malo vremena. Prije svega, morate odvojiti jedan element od diodnog mosta ili elektroničkog kruga. Pregledajte vizualno i provjeri testerom. Kao rezultat ovih jednostavnih tehničkih operacija, saznat ćete radi li poluvodič ili ne. Iako nije potrebno lemiti cijeli sklop, to je dodatni posao, i što je najvažnije - s gubitak vremena.

Ovu diodu ili diodni most također možete provjeriti multimetrom, ali imajte na umu da proizvođač piše struju na bočnoj strani uređaja. Uključimo multimetar i prinesemo njegove sonde krajevima anode i katode, a on će nam pokazati napon diode.

Ponekad se dogodi da Schottky dioda može postati neispravna zbog nekih razloga. Pogledajmo ih:

Štoviše, u oba slučaja nećete osjetiti miris paljevine i nećete vidjeti dim, budući da kućište ima ugrađenu posebnu zaštitu od takvih incidenata. Ako odjednom u jednom tranzistoru gornja dioda je izgorjela, onda se uvjerite da je to jedini uređaj na kojem ste našli kvar, jer diode svakako treba provjeriti.

Iako ponekad možda neće biti moguće provjeriti ispravnost dioda kada je to potrebno. Ponekad se to dogodi ovako da računalo počinje usporavati, treba mu jako dugo da se uključi i zamrzne se. Možda je problem vezan upravo za diode, a svatko može rastaviti procesor i vidjeti što se dogodilo unutra.

Prije svega, trebate isključiti napajanje računala i otvoriti napajanje u jedinici sustava. Odmah možete primijetiti diode. Provjerite ima li rupa ili pukotina na njima. Ako postoje, morate ih izvaditi i zamijeniti novim poluvodičem, sami popravljajući probleme, ali bolje je potražiti pomoć stručnjaka.

Schottky poluvodiči u suvremenom svijetu

Schottky diode stekle su široku popularnost i rasprostranjenost u svim područjima modernog života, a posebno u elektronici. Mogu se naći kao dvostruke ispravljačke diode, gdje su dva poluvodiča instalirana u jednom paketu i krajevi anoda ili katoda su međusobno povezani, a jednostavni su također vrlo mali (na primjer, vrlo često se nalaze u malim električnim dijelovima).

Ovaj poluvodič se vrlo često koristi u sklopnim izvorima napajanja u kućanskim aparatima, što značajno smanjuje gubitke i poboljšava toplinski rad. Također podatkovni elektronički elementi koriste se u tranzistorima kao strujni ispravljači, te u takvim posebnim diodama koje se koriste za kombiniranje paralelnih izvora napajanja.

Oblikovati
Minijaturizacija
Koristiti u praksi

Oblikovati

Doista, poluvodički metal ima sljedeće parametre:

Struja curenja je od velike važnosti;
Mali pad napona preko spoja kada je spojen izravno;
Vrlo brzo vraća napunjenost jer ima nisku vrijednost.

U dijagramu kruga, Schottky dioda je označena na sljedeći način:

Ali ponekad možete vidjeti ovu oznaku:

Sklopovi dioda sa Schottkyjevom barijerom dostupni su u tri vrste:

Tip 1 – sa zajedničkom katodom;

Tip 2 - sa zajedničkom anodom;

Tip 3 – prema shemi udvostručenja.

Minijaturizacija

Koristiti u praksi

Jedan od najčešćih kvarova sklopnih modula snage je kvar tih istih dioda. U pravilu se potpuno probiju ili procure. U oba slučaja potrebno je zamijeniti neispravnu diodu, zatim multimetrom provjeriti tranzistore snage i izmjeriti napon napajanja.

Ispitivanje i zamjenjivost

Kao što vidimo, elektronika ne stoji mirno, a daljnje primjene uređaja velike brzine samo će se povećavati, što će omogućiti razvoj novih, složenijih sustava.

Schottky diode, točnije diode s Schottky barijerom, su poluvodički elementi izrađeni na bazi kontakta metal-poluvodič, dok konvencionalne diode koriste poluvodički p-n spoj.

Očito se pokazuje da je strujno-naponska karakteristika za Schottkyjevu barijeru asimetrična. U smjeru prema naprijed, struja eksponencijalno raste s povećanjem primijenjenog napona. U suprotnom smjeru struja ne ovisi o naponu. U oba slučaja, struja je posljedica elektrona kao većinskih nositelja naboja.

Schottky diode su stoga brzodjelujuće, jer eliminiraju difuzne i rekombinacijske procese koji zahtijevaju dodatno vrijeme. Ovisnost struje o naponu povezana je s promjenom broja nositelja, budući da ti nositelji sudjeluju u procesu prijenosa naboja. Vanjski napon mijenja broj elektrona koji se mogu kretati s jedne strane Schottkyjeve barijere na drugu stranu.

Zbog tehnologije izrade i temeljem opisanog principa rada, Schottky diode imaju mali pad napona u smjeru prema naprijed, znatno manji od tradicionalnih p-n dioda.

Ovdje čak i mala početna struja kroz kontaktno područje dovodi do oslobađanja topline, što zatim doprinosi pojavi dodatnih nositelja struje. U ovom slučaju nema ubrizgavanja manjinskih nositelja naboja.

Schottky diode stoga nemaju difuzni kapacitet, budući da nema manjinskih nositelja, i kao rezultat toga, performanse su prilično visoke u usporedbi s poluvodičkim diodama. Rezultat je nešto poput oštrog asimetričnog p-n spoja.

Dakle, prije svega, Schottky diode su mikrovalne diode za različite namjene: detektorske, miješajuće, lavinsko-tranzitne, parametarske, impulsne, množeće. Schottky diode se mogu koristiti kao prijamnici zračenja, mjerači naprezanja, detektori nuklearnog zračenja, modulatori svjetla i konačno, visokofrekventni ispravljači struje.

Oznaka Schottky diode na dijagramima

Schottky diode danas

Danas su Schottky diode vrlo raširene u elektroničkim uređajima. Na dijagramima su prikazane drugačije od uobičajenih dioda. Često možete pronaći dvostruke Schottky ispravljačke diode, izrađene u paketu s tri priključka tipičnom za sklopke snage. Takve dualne izvedbe sadrže dvije Schottky diode unutar sebe, povezane katodama ili anodama, češće katodama.

Diode u sklopu imaju vrlo slične parametre, budući da se svaki takav sklop izrađuje u jednom tehnološkom ciklusu, pa su im uvjeti radne temperature jednaki, a time i veća pouzdanost. Pad napona naprijed od 0,2 - 0,4 volta zajedno s velikom brzinom (nekoliko nanosekundi) nedvojbene su prednosti Schottky dioda u odnosu na njihove p-n analoge.

Značajka niskog pada napona Schottkyjeve barijere u diodama očituje se pri primijenjenim naponima do 60 volti, iako performanse ostaju nepokolebljive. Danas se Schottky diode tipa 25CTQ045 (za napone do 45 volti, za struje do 30 ampera za svaki od para dioda u sklopu) mogu pronaći u mnogim prekidačkim izvorima napajanja, gdje služe kao ispravljači snage za struje s frekvencije do nekoliko stotina kiloherca.

Nemoguće je ne dotaknuti temu nedostataka Schottky dioda, naravno da postoje, a postoje ih dvije. Prvo, kratkotrajni višak kritičnog napona odmah će oštetiti diodu. Drugo, temperatura uvelike utječe na maksimalnu povratnu struju. Na vrlo visokoj temperaturi spoja, dioda će se jednostavno slomiti čak i ako radi na nazivnom naponu.

Niti jedan radioamater u svojoj praksi ne može bez Schottky dioda. Ovdje možete primijetiti najpopularnije diode: 1N5817, 1N5818, 1N5819, 1N5822, SK12, SK13, SK14. Ove diode su dostupne iu izvodnoj i SMD verziji. Glavna stvar zbog koje ih radio amateri toliko cijene su njihove visoke performanse i mali pad napona na spoju - maksimalno 0,55 volti - uz nisku cijenu ovih komponenti.

Riječ je o rijetkoj tiskanoj pločici koja za ovu ili onu svrhu nema Schottky diode. Negdje Schottky dioda služi kao ispravljač male snage za povratni krug, negdje služi kao stabilizator napona na razini od 0,3 - 0,4 volta, a negdje je detektor.

U donjoj tablici možete vidjeti parametre najčešćih Schottky dioda male snage danas.