Dioda Schottky - perangkat, jenis, karakteristik, dan penggunaan

Dioda Schottky, atau lebih tepatnya dioda penghalang Schottky, adalah perangkat semikonduktor yang dibuat berdasarkan kontak logam-semikonduktor, sedangkan dioda konvensional menggunakan sambungan pn semikonduktor.

Dioda Schottky berutang nama dan penampilannya dalam elektronik kepada fisikawan Jerman Walter Schottky, yang pada tahun 1938, mempelajari efek penghalang yang baru ditemukan, membenarkan teori sebelumnya yang menurutnya bahkan emisi elektron dari logam terhalang oleh penghalang potensial. , tetapi dengan medan listrik eksternal yang diterapkan penghalang ini akan berkurang. Walter Schottky menemukan efek ini, yang kemudian disebut efek Schottky, untuk menghormati ilmuwan tersebut.

Sisi fisik

Meneliti kontak antara logam dan semikonduktor, terlihat bahwa jika di dekat permukaan semikonduktor terdapat daerah yang habis di sebagian besar pembawa muatan, maka di daerah kontak semikonduktor ini dengan logam di sisi semikonduktor , muatan terbentuk dari zona luar angkasa dari akseptor dan donor terionisasi dan terjadi kontak pemblokiran - penghalang Schottky itu sendiri ... Dalam kondisi apa penghalang ini terjadi? Arus radiasi termionik dari permukaan benda padat ditentukan oleh persamaan Richardson:

Mari kita buat kondisi di mana ketika semikonduktor, misalnya tipe-n, bersentuhan dengan logam, fungsi kerja termodinamika elektron dari logam akan lebih besar daripada fungsi kerja termodinamika elektron dari semikonduktor. Dalam kondisi seperti itu, menurut persamaan Richardson, arus radiasi termionik dari permukaan semikonduktor akan lebih besar daripada arus radiasi termionik dari permukaan logam:

Pada saat awal waktu, setelah kontak bahan-bahan ini, arus dari semikonduktor ke logam akan melebihi arus balik (dari logam ke semikonduktor), akibatnya di daerah permukaan dekat semikonduktor dan logam, muatan ruang angkasa akan mulai menumpuk - positif di semikonduktor dan negatif - di logam. Di bidang kontak, medan listrik yang dibentuk oleh muatan ini akan muncul dan pembengkokan pita energi akan terjadi.

Di bawah aksi medan, fungsi kerja termodinamika untuk semikonduktor akan meningkat dan peningkatan akan berlanjut hingga fungsi kerja termodinamika dan arus radiasi termionik yang sesuai diterapkan ke permukaan menjadi sama di daerah kontak.

Gambar transisi ke keadaan kesetimbangan dengan pembentukan penghalang potensial untuk semikonduktor tipe-p dan logam mirip dengan contoh yang dipertimbangkan dengan semikonduktor dan logam tipe-n. Peran tegangan eksternal adalah mengatur ketinggian penghalang potensial dan kekuatan medan listrik di daerah muatan ruang semikonduktor.

Gambar di atas menunjukkan diagram area dari berbagai tahap pembentukan penghalang Schottky. Dalam kondisi kesetimbangan di zona kontak, arus emisi termal disamakan, karena efek medan, muncul penghalang potensial, yang tingginya sama dengan perbedaan antara fungsi kerja termodinamika: φk = FMe — Фп / п.

Jelas, karakteristik arus-tegangan untuk penghalang Schottky ternyata asimetris. Di arah maju, arus meningkat secara eksponensial dengan tegangan yang diberikan. Dalam arah yang berlawanan, arus tidak bergantung pada tegangan, dalam kedua kasus arus digerakkan oleh elektron sebagai pembawa muatan utama.

Oleh karena itu, dioda Schottky dibedakan berdasarkan kecepatannya, karena tidak termasuk proses difusi dan rekombinasi yang memerlukan waktu tambahan. Ketergantungan arus pada tegangan terkait dengan perubahan jumlah pembawa, karena pembawa ini terlibat dalam proses transfer muatan. Tegangan eksternal mengubah jumlah elektron yang dapat lewat dari satu sisi penghalang Schottky ke sisi lain.

Karena teknologi manufaktur dan berdasarkan prinsip operasi yang dijelaskan, dioda Schottky memiliki penurunan tegangan rendah ke arah depan, jauh lebih kecil daripada dioda p-n tradisional.

Di sini, bahkan arus awal yang kecil melalui area kontak menyebabkan pelepasan panas, yang kemudian berkontribusi pada munculnya pembawa arus tambahan. Dalam hal ini, tidak ada injeksi pembawa muatan minoritas.

Oleh karena itu, dioda Schottky tidak memiliki kapasitansi difus karena tidak ada pembawa minoritas dan akibatnya kecepatannya cukup tinggi dibandingkan dengan dioda semikonduktor. Ternyata itu mirip dengan persimpangan p-n asimetris yang tajam.

Jadi, pertama-tama, dioda Schottky adalah dioda gelombang mikro untuk berbagai keperluan: detektor, pencampuran, transit longsor, parametrik, berdenyut, mengalikan. Dioda Schottky dapat digunakan sebagai detektor radiasi, pengukur regangan, detektor radiasi nuklir, modulator cahaya, dan akhirnya penyearah frekuensi tinggi.

Penunjukan dioda Schottky pada diagram

Dioda Schottky hari ini

Saat ini, dioda Schottky banyak digunakan pada perangkat elektronik. Dalam diagram, mereka digambarkan berbeda dari dioda konvensional. Anda sering dapat menemukan penyearah Schottky ganda yang dibuat di rumah tiga pin khas sakelar daya. Struktur ganda seperti itu mengandung dua dioda Schottky di dalamnya, digabungkan dengan katoda atau anoda, lebih sering daripada katoda.

Dioda dalam rakitan memiliki parameter yang sangat mirip, karena setiap node tersebut diproduksi dalam satu siklus teknologi, dan sebagai hasilnya, suhu operasinya sama dan keandalannya lebih tinggi. Penurunan tegangan berkelanjutan 0,2-0,4 volt bersama dengan kecepatan tinggi (satuan nanodetik) adalah keuntungan yang tidak diragukan dari dioda Schottky dibandingkan rekan p-n mereka.

Keunikan penghalang Schottky pada dioda, sehubungan dengan penurunan tegangan rendah, dimanifestasikan pada tegangan yang diberikan hingga 60 volt, meskipun kecepatannya tetap stabil. Saat ini, dioda Schottky dari tipe 25CTQ045 (untuk tegangan hingga 45 volt, untuk arus hingga 30 ampere untuk setiap pasang dioda dalam rakitan) dapat ditemukan di banyak catu daya switching, di mana mereka berfungsi sebagai penyearah untuk arus hingga beberapa ratus kilohertz.

Tidak mungkin untuk tidak menyentuh topik kerugian dioda Schottky, tentu saja ada dan ada dua. Pertama, kelebihan tegangan kritis jangka pendek akan segera menonaktifkan dioda. Kedua, suhu sangat mempengaruhi arus balik maksimum. Pada suhu sambungan yang sangat tinggi, dioda hanya akan mencapai titik impas saat beroperasi pada tegangan pengenal.

Tidak ada amatir radio yang dapat melakukannya tanpa dioda Schottky dalam praktiknya. Dioda paling populer dapat dicatat di sini: 1N5817, 1N5818, 1N5819, 1N5822, SK12, SK13, SK14. Dioda ini tersedia dalam versi output dan SMD. Hal utama yang sangat dihargai oleh amatir radio adalah kecepatan tinggi dan penurunan tegangan persimpangan rendah - maksimum 0,55 volt - dengan biaya komponen yang rendah.

PCB langka tanpa dioda Schottky untuk satu atau lain tujuan. Di suatu tempat dioda Schottky berfungsi sebagai penyearah daya rendah untuk rangkaian umpan balik, di suatu tempat - sebagai penstabil tegangan pada level 0,3 - 0,4 volt, dan di suatu tempat itu adalah detektor.

Pada tabel di bawah ini Anda dapat melihat parameter dioda Schottky berdaya rendah paling umum saat ini.