Els díodes de barrera Schottky són díodes semiconductors dissenyats amb una tensió directa mínima i velocitats de commutació ràpides que poden arribar a ser de fins a 10 ns. Es fabriquen en rangs actuals de 500 mA a 5 amperes i fins a 40 V. Gràcies a aquestes característiques, es fan específicament adequats en aplicacions de baixa tensió i alta freqüència, com ara SMPS, i també com a díodes de roda lliure eficients.
El símbol del dispositiu es mostra a la imatge següent:
Cortesia: https://en.wikipedia.org/wiki/Schottky_diode
Construcció interna
Els díodes Schottky es construeixen de manera diferent en comparació amb els díodes tradicionals de la unió p-n. En lloc d'una unió p-n, es construeixen mitjançant un unió semiconductora metàl·lica com es mostra a continuació.
La secció de semiconductors es construeix majoritàriament amb silici de tipus n, i també amb un munt de materials com platí, tungstè, molibdè, crom, etc. velocitat de commutació, menor caiguda de tensió cap endavant, etc.
Com funciona
En els díodes de Schottky els electrons es converteixen en el portador majoritari del material semiconductor, mentre que en el metall presenten portadors minoritaris (forats) extremadament petits. Quan els dos materials estan units, els electrons presents en el semiconductor de silici comencen a fluir ràpidament cap al metall connectat, cosa que provoca una transferència massiva de portadors majoritaris. A causa de l’energia cinètica augmentada que el metall, en general s’anomenen “portadors calents”.
Els díodes de la unió p-n normal que els portadors minoritaris s’injecten a través de diferents polaritats adjacents. Mentre que en els díodes de Schottky s’injecten electrons a través de regions amb polaritat idèntica.
L'afluència massiva d'electrons cap al metall causa una gran pèrdua de portadors del material de silici a la zona propera a la superfície de la unió, que s'assembla a la regió d'esgotament de la unió p-n d'altres díodes. Els portadors addicionals del metall creen una 'paret negativa' al metall entre el metall i el semiconductor que bloqueja l'entrada de corrent. El que significa que els electrons carregats negativament al semiconductor de silici dins dels díodes de Schottky facilita una regió lliure de portadors juntament amb una paret negativa a la superfície metàl·lica.
En referència a la figura que es mostra a continuació, aplicar el corrent de biaix cap endavant al primer quadrant provoca una reducció de l’energia de la barrera negativa a causa de l’atracció positiva dels electrons d’aquesta zona. Això condueix al flux de retorn d'electrons en grans quantitats a través del límit. La magnitud d'aquests electrons depèn de la magnitud del potencial aplicat per a la polarització.
Diferència entre els díodes normals i els díodes de Schottky
En comparació amb els díodes normals d’unió p-n, la unió barrera en els díodes Schottky és més baixa, tant a les regions de polarització directa com inversa.
Això permet que els díodes de Schottky tinguin una conducció actual molt millorada per al mateix nivell de potencial de biaix, tant a les regions de biaix endavant com a la inversa. Aquesta sembla ser una bona característica a la regió de biaix directe, tot i que dolenta per a la regió de biaix inversa.
La definició de les característiques generals d’un díode semiconductor per a les regions de polarització directa i inversa està representada per l’equació:
Jo D = Jo S ( és kVd / Tk -1)
on Is = corrent de saturació inversa
k = 11.600 / η amb η = 1 per al material de germani i η = 2 per al material de silici
La mateixa equació descriu l’augment exponencial del corrent en els díodes de Schottky a la figura següent, però el factor η està determinat pel tipus de construcció del díode.
A la regió de polarització inversa, l’actual És es deu principalment a aquells electrons metàl·lics que viatgen cap al material semiconductor.
Característiques de la temperatura
Per als díodes Schottky, un dels aspectes principals que s’ha investigat contínuament és com minimitzar els seus corrents substancials de fuites a altes temperatures superiors als 100 ° C.
Això ha conduït a la producció de dispositius millors i millorats que poden funcionar de manera eficient fins i tot a temperatures extremes d'entre -65 i + 150 ° C.
A temperatures típiques de l'habitació, aquesta fuita pot estar en el rang de microamperis per a díodes Schottky de baixa potència i en el rang de miliamperis per a dispositius d'alta potència.
Tot i això, aquestes xifres són més grans si es compara amb els díodes normals p-n amb les mateixes especificacions de potència. També, el Valoració PIV per a un Schottky els díodes poden ser molt menys que els nostres díodes tradicionals.
Per exemple, normalment un dispositiu de 50 amperes pot tenir una qualificació PIV de 50 V, mentre que pot arribar a ser de 150 V per a un díode normal de 50 amperes. Dit això, els avanços recents han permès els díodes Schottky amb potències PIV superiors a 100 V a valors d’amperatge similars.
A partir de la representació gràfica anterior es fa força evident que als díodes de Schottky se’ls atribueix un conjunt de característiques gairebé ideal, fins i tot millor que un díode de cristall (díode de contacte puntual). La caiguda cap endavant d'un díode de contacte puntual sol ser menor que els díodes d'unió p-n normals.
La VT o la caiguda de tensió cap endavant del díode Schottky està determinada en gran mesura pel metall que hi ha a l’interior. Es produeix una compensació entre l’efecte de la temperatura i el nivell de TV. Si un d’aquests paràmetres augmenta, l’altre també augmenta degradant el nivell d’eficiència del dispositiu. A més, el VT també depèn del rang actual, els valors permesos més baixos asseguren valors més baixos de VT. La caiguda directa de TV pot baixar essencialment fins a zero per a unitats de nivell baix determinades, en una avaluació aproximada. Per als intervals de corrent mitjans i superiors, els valors de caiguda directa podrien ser al voltant de 0,2 V i sembla que és un valor representatiu excel·lent.
De moment, el rang de corrent màxim tolerable disponible del díode Schottky és d’uns 75 amperes, tot i que fins a 100 amperis també poden estar a l’horitzó aviat.
Aplicació del díode Schottky
La principal àrea d’aplicació dels díodes Schottky és la de les fonts d’alimentació de commutació o SMPS, destinades a funcionar amb freqüències superiors a 20 kHz.
Normalment, un díode Schottky de 50 A a temperatura ambient es pot classificar amb una tensió directa de 0,6 V i un temps de recuperació de 10 ns, dissenyat específicament per a una aplicació SMPS. D'altra banda, un díode de connexió p-n ordinari pot presentar una caiguda directa d'1,1 V i un volum de recuperació d'al voltant de 30 a 50 ns, a la mateixa especificació actual.
És possible que la diferència de tensió directa anterior sigui força petita, però si observem el nivell de dissipació de potència entre els dos: P (portador calent) = 0,6 x 50 = 30 watts i P (pn) = 1,1 x 50 = 55 watts, una diferència força mesurable, que pot perjudicar críticament l’eficiència de l’SMPS.
Tot i que, a la regió de polarització inversa, la dissipació en un díode de Schottky pot ser lleugerament superior, tot i així, la dissipació de polarització directa cap endavant i inversa serà molt millor que un díode d’unió p-n.
Temps de recuperació inversa
En el díode semiconductor ordinari p-n, el temps de recuperació inversa (trr) és elevat a causa dels portadors minoritaris injectats.
En els díodes Schottky a causa de portadors minoritaris extremadament baixos, el temps de recuperació inversa és substancialment baix. Per això, els díodes Schottky poden funcionar de manera tan efectiva fins i tot a freqüències de 20 GHz, que requereixen que els dispositius canviïn a una velocitat extremadament ràpida.
Per a freqüències més altes que aquesta, encara s’utilitza un díode de contacte puntual o un díode de cristall, a causa de la seva àrea de connexió molt petita o àrea de connexió puntual.
Circuit equivalent de díodes Schottky
La següent figura representa el circuit equivalent d’un díode de Schottky amb valors típics. El símbol contigu és el símbol estàndard del dispositiu.
La inductància Lp i la capacitat Cp són els valors especificats al mateix paquet, rB constitueix la resistència en sèrie composta per la resistència de contacte i la resistència a granel.
Els valors de la resistència rd i la capacitat Cj són segons els càlculs comentats en els paràgrafs anteriors.
Taula d’especificacions del díode Schottky
El gràfic següent ens proporciona una llista dels rectificadors hot-carrier fabricats per Motorola Semiconductor Products, juntament amb les seves especificacions i detalls detallats.
Anterior: Rectificació de díodes: mitja ona, ona completa, PIV Següent: Circuit de llum d’obstrucció LED
