Schottky diood

Diode-Schottky-EN A-K.svg Schottky diode symbol.svg Diode09.svg
Schottky dioodi tingmärke
Schottky diood 1N60P

Schottky diood on madala pingelanguga kiiretoimeline pooljuhtdiood, mis on kahe terminaliga, kus metalli terminal töötab kui anood ja semikonduktori pool kui katood.[1]

Diood on nime saanud saksa füüsiku Walter Schottky (1886–1976) järgi. [2]

Pn-siirde asemel rakendatakse Schottky dioodis Schottky potentsiaalibarjääri, mis tekib mõne metalli ja pooljuhi piirpindadel; see barjäär, mida nimetatakse ka Schottky kontaktiks, on alaldavate omadustega. [2] [1]

Kui ühenduskohas ei teki Schottky barjääri, siis on tulemuseks Oomi kontakt kus vool saab liikuda mõlemas suunas. Ideaalne Oomi kontakt on madala takistusega ja selle tõttu seadis ei ole Schottky dioodina kasutatav.[3]

pn and ms junction differences

"Kassi vurrudega detektor" või ka teise nimega kutsutud "kristall detektor" on esimene teada olev punkt kontaktil põhinev Schottky diood. See on elektrooniline komponent, mis koosneb õhukesest traadist mis õrnalt puudutab pooljuhtivat mineraali, tavaliselt galeniit. Moodustades töötlemata punkt-kontaktidega alaldi. Selle töötasid välja J.C.Bose ja G.W.Pickard aastal 1906.[4]

Schottky dioode kasutatakse ülikõrgetel sagedustel tajur-, segustus- ja lülitidioodina, toiteplokkides kiiretoimelise alaldusdioodina, transistoride küllastuse ärahoidmiseks, samuti elektroonikalülituste sisenditel ja väljunditel kaitsedioodina. [2] [1]

Eelised ja PuudusedRedigeeri

Eelised: Schottky dioodide päripingelang on tavaliselt 0,2–0,4 V. Madala päripingelangu tõttu on nad tõhusamad kui tavalised ränidioodid, mille päripingelang on 0,7–1,7 V. Väikese mahtuvuse tõttu on Schottky dioodil suur töökiirus, nii et nad on kasutatavad kuni mikrolainete sagedusteni. Schottky dioodid teevad vähem müra kui tavaline p-n siirdega diood.[5]

Puudused: Schottky ränidioodide puuduseks oli esialgu madal lubatav vastupinge (50 V või vähemgi) ja suhteliselt kõrge vastuvool (lekkevool), mis temperatuuri tõustes võis kõrgetel temperatuuridel põhjustada ebastabiilsust. Tänapäeval ulatub Schottky ränidioodide lubatav pinge 250 voldini. [5]

 
Unbiased Schottky diood
 
Päripingestatud Schottky diood
 
Vastupingestatud Schottky diood

TööpõhimõteRedigeeri

Unbiased Schottky diood: Kui metall ühineb N-tüüpi semikonduktoriga, siis vabad elektronid liiguvad n-tüüpi semikonduktorilt metallile, et saavutada tasakaal. N poolel olevad elektronid muutuvad positiivseteks ioonideks ja metalli poolel negatiivseteks ioonideks. Positiivsed ja negatiivsed ioonid moodustavad ammendunud ala. Sisseehitatud pinge eksisteerib N poolel ja tekitab seetõttu barjääri. Vabad elektronid, mis tahavad liikuda metalli, siis tuleb neile anda suurem laeng sisseehitatud pingest.[1]

Päripingestatud Schottky diood: Toiteallika positiivne pool on metalliga ühenduses ja negatiivne n-poolega ühenduses. Voolu andes genereeritakse suur hulk elektrone n-poolel, aga vabad elektronid ei saa barjääri ületada enne kui voolutugevus ei ületa 0.2 amprit. Suurema voolu korral ületavad elektronid ammendunud ala ja dioodist hakkab elektrivool läbi liikuma. Kui pinged konstantselt suurendatakse, siis ammendunud tsoon muutub väiksemaks ja lõpuks kaob. [1]

Vastupingestatud Schottky diood: Toiteallika positiivne pool on n-poolega ühenduses ja negatiivne metalli poolega. Voolu andmisel ammendunud tsoon suureneb ja tänu sellele elektrivoolu läbiliikumine seiskub. Metallis olevad elektronid temperatuuri tõttu aktiveeruvad ja toimub leke, kust osad elektronid liiguvad läbi barjääri. Voolu konstantsel suurendamisel elektrivool suureneb nõrga barjääri tõttu. Äkilisel voolu suurendamisel lõhutakse ammendunud ala ja see võib tuua kaasa permanentse seadeldise kahju. [1]

Schottky dioodid loogika väravatesRedigeeri

Dioode kasutatakse palju transistor-transistor loogikates (TTL), digitaalsetes loogika väravates ja vooluringides. Põhiliselt jaotatakse kolmeks erinevaks kus kõik on erineva kiiruse ja energia tarbimisega.

* Klammerdatud schottkey diood TTL (S-seeria)- "S" seeria TTL (74SXX) on uuendatud versioon originaalsest diood-transistorist DTL ja transistor-transistor 74 seeria TTL loogika väravatest ja vooluringidest. Schottky dioodid pannakse lülitavate transistorite baaskollektorite ristumis alasse, et vältida küllastumist ja levimise viivitusi, mis lubab kiiremaid operatsioone. [6]

* Madala võimsusega Schottky (LS seeria)- Transistori vahetus kiirus, stabiilsus ja võimsuse hajumine on 74LSXX seerial parem kui 74SXX seerial. Samas kulutab ka vähem võimsust,mis teeb selle seeria valiku kasutamise populaarseks erinevates rakendustes. [6]

* Edasijõudnud madala võimsusega Schottky (ALS seeria)- Täiendavad uuendused materjalis, et fabritseerida dioodide ms-ühendusi, mis tähendab, et 74LSXX seerial on vähendatud levimise viivitus ja tunduvalt väiksem võimsuse hajumine kui 74ALSXX või 74LS seerial. ALS seeria on kallim uuenduste ja komplekssema ehituse poolest. [6]

IV-karakteristikudRedigeeri

 
Schottky dioodi vs tavaline diood

Pildil on näidatud Schottky dioodi IV karakteristikud, mis on väga sarnased tavalise pn-ristmik dioodile. Vahe tekkib sisse 0.4 voldi juures, kus ms-ristmik diood hakkab voolu juhtima palju varem. Tänu madalamale väärtusele on edasiliikuva voolu väärtus silikoon Schottkey dioodis võib-olla mitu korda suurem kui tavalises pn-dioodis, vastavalt mis metalli kasutatakse. Oomi seaduse kohaselt väiksem pingelangus antud dioodi voolule annab selle, et ID toodab madalamat päriliikuvat võimsuse kadu, mida tajutakse soojusena ristmike kohtades.[6]

Vähema võimsuse kaotusega on silikoonist Schottky dioodid hea valik madala pinge ja kõrge vooluga seadeldistes. Näiteks päikese fotogalvaanilistel plaatidel, kus päriliikuv pinge (VF) kukuks ja standardne pn-diood toodaks ülemäära palju soojust. Schottky dioodi vastuliikuv elektrivoolu leke on tunduvalt suurem kui pn-dioodil.[6] Schottky dioodis esineb vastupidine küllastus väga madalate pingete korral, võrreldes silikoonist dioodidega, millel toimub see kõrgemate pingete juures.[1]

ParameetridRedigeeri

Dioodil on teatud hulk parameetreid mida peab jälgima enne ostmist.

  1. Päripidi pinge langus- kust alates elektronid suudavad läbida barjääri. Tavaliselt 0.2V juures.[5]
  2. Vastupäeva elektrivoolu läbilaskvus- emperatuuri suurenemisega suureneb läbilaskvus. Oluline jälgida, et seade ei saa permanentseid kahjustusi.[5]
  3. Vastupidine taastumisaeg- kirjeldab kui palju laengut voolab siirde ajal kui Schottkey läheb on seisust off seisu.[5]
  4. Vastupidine langus- otsida infolehest maksimaalse alalisvoolu pinge blokeerimist, et aru saada kuna diood laseb elektrivoolul vastupäeva voolata.[5]
  5. Mahtuvus- mõõdetakse pikofaradites. Defineeritud infolehes pingena.[5]
  6. Töötamis temperatuur- tüüpiline Schottky diood peab tagama ühenduskohtade temperatuuri vahemikus 125-175° C. [5]

Voolu komponendidRedigeeri

Voolu konditsioon antud dioodis on läbi elektronide N-tüüpi semikonduktoris.

IT= IDifusioon + ITunneliefekt + ITermiline emissioon [2]

IDifusioon→ Difusiooni vool {kontsentratsioonigradiendi (dx÷dn) ja difusiooni voolu elektronide tiheduse [Dn × q × (dn÷dx)] tulemus}

Dn→ Elektronide difusioonikonstant

q→ elektrooniline laeng= 1.6 × 1019 C.

ITunneliefekt→ Tunneliefekti voolu suurus

ITermiline emissioon→ Tänu elektronide väljutamisele soojusenergia tõttu antud vool tekitatakse kõikide elektroodide vahel.

Vaata kaRedigeeri

ViitedRedigeeri

  1. 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 https://www.physics-and-radio-electronics.com/electronic-devices-and-circuits/semiconductor-diodes/schottkydiode.html, Muskan Shaik, Schottky diode, 23.04.2020
  2. 2,0 2,1 2,2 2,3 https://www.electrical4u.com/schottky-diode/, Electrical4U, 31.07.2018, Schottky Diode, 24.04.2020
  3. https://eng.libretexts.org/Bookshelves/Materials_Science/Supplemental_Modules_(Materials_Science)/Semiconductors/Metal-Semiconductors_Contacts, Sherry Cui, 23.04.2020, Metal-Semiconductors Contacts, 25.04.2020
  4. https://ecetutorials.com/analog-electronics/schottky-barrier-diode/, ECE Tutorials, Schottky barrier diode-construction-VI Characteristics-Applications, 25.04.2020
  5. 5,0 5,1 5,2 5,3 5,4 5,5 5,6 5,7 https://www.autodesk.com/products/eagle/blog/schottky-diodes/, Sam Sattel, How Schottky Diodes Work, 23.04.2020
  6. 6,0 6,1 6,2 6,3 6,4 https://www.electronics-tutorials.ws/diode/schottky-diode.html, Electronics Tutorials Team, The Schottky Diode, 23.04.2020