Принцип работы диода шоттки и сферы его применения

Строительство

1N5822 Диод Шоттки в разрезанной упаковке. Полупроводник в центре образует барьер Шоттки против одного металлического электрода (обеспечивая выпрямляющее действие) и омический контакт с другим электродом.

Диоды с барьером Шоттки HP 5082-2800 для приложений общего назначения

Переход металл-полупроводник образуется между металлом и полупроводником, создавая барьер Шоттки (вместо перехода полупроводник-полупроводник, как в обычных диодах). Типичные металлы , используемые молибден, платина, хром или вольфрам, и некоторые силициды (например, палладий силицидов и платины силицида ), в то время как полупроводник, как правило , будет п-типа кремния. Металлическая сторона действует как анод , а полупроводник n-типа действует как катод диода; это означает, что обычный ток может течь от металлической стороны к полупроводниковой, но не в обратном направлении. Этот барьер Шоттки обеспечивает как очень быстрое переключение, так и низкое прямое падение напряжения.

Выбор комбинации металла и полупроводника определяет прямое напряжение диода. Полупроводники n- и p-типа могут создавать барьеры Шоттки. Однако р-тип обычно имеет гораздо более низкое прямое напряжение. Поскольку обратный ток утечки резко увеличивается с понижением прямого напряжения, он не может быть слишком низким, поэтому обычно используемый диапазон составляет около 0,5–0,7 В, а полупроводники p-типа используются лишь изредка. Силицид титана и другие тугоплавкие силициды, которые способны выдерживать температуры, необходимые для отжига истока / стока в процессах КМОП, обычно имеют слишком низкое прямое напряжение, чтобы их можно было использовать, поэтому в процессах с использованием этих силицидов обычно не используются диоды Шоттки.

При увеличении легирования полупроводника ширина обедненной области уменьшается. Ниже определенной ширины носители заряда могут туннелировать через обедненную область. При очень высоких уровнях легирования переход больше не ведет себя как выпрямитель и становится омическим контактом. Это можно использовать для одновременного формирования омических контактов и диодов, поскольку между силицидом и слаболегированной областью n-типа образуется диод, а между силицидом и сильно легированной областью n- или p-типа образуется омический контакт. . Слаболегированные области p-типа создают проблему, поскольку результирующий контакт имеет слишком высокое сопротивление для хорошего омического контакта, но слишком низкое прямое напряжение и слишком высокую обратную утечку, чтобы сделать хороший диод.

Поскольку края контакта Шоттки довольно острые, вокруг них возникает высокий градиент электрического поля, который ограничивает величину порога обратного напряжения пробоя. Используются различные стратегии, от защитных колец до перекрытий металлизации для распределения градиента поля. Защитные кольца занимают ценную площадь кристалла и используются в основном для больших высоковольтных диодов, в то время как перекрывающаяся металлизация используется в основном для низковольтных диодов меньшего размера.

Диоды Шоттки часто используются как фиксаторы антинасыщения в транзисторах Шоттки . Диоды Шоттки из силицида палладия (PdSi) превосходны благодаря более низкому прямому напряжению (которое должно быть ниже прямого напряжения перехода база-коллектор). Температурный коэффициент Шоттки ниже, чем коэффициент перехода B – C, что ограничивает использование PdSi при более высоких температурах.

Для силовых диодов Шоттки важными становятся паразитные сопротивления скрытого слоя n + и эпитаксиального слоя n-типа

Сопротивление эпитаксиального слоя более важно, чем для транзистора, поскольку ток должен проходить по всей его толщине. Однако он служит в качестве распределенного балластирующего резистора по всей площади перехода и, в обычных условиях, предотвращает локальный тепловой пробой.

По сравнению с силовыми p – n-диодами диоды Шоттки менее надежны. Переход находится в прямом контакте с термочувствительной металлизацией, поэтому диод Шоттки может рассеивать меньшую мощность, чем аналог pn аналогичного размера с глубоко заглубленным переходом до выхода из строя (особенно во время обратного пробоя). Относительное преимущество более низкого прямого напряжения диодов Шоттки уменьшается при более высоких прямых токах, когда в падении напряжения преобладает последовательное сопротивление.

Конструкция

Отличается диод Шоттки от обыкновенных диодов своей конструкцией, в которой используется металл-полупроводник, а не p-n переход. Понятно, что свойства здесь разные, а значит, и характеристики тоже должны отличаться.

Действительно, металл-полупроводник обладает такими параметрами:

• Имеет большое значение тока утечки;
• Невысокое падение напряжения на переходе при прямом включении;
• Восстанавливает заряд очень быстро, так как имеет низкое его значение.

Диод Шоттки изготавливается из таких материалов, как арсенид галлия, кремний; намного реже, но также может использоваться – германий. Выбор материала зависит от свойств, которые нужно получить, однако в любом случае максимальное обратное напряжение, на которое могут изготавливаться данные полупроводники, не выше 1200 вольт – это самые высоковольтные выпрямители. На практике же намного чаще их используют при более низком напряжении – 3, 5, 10 вольт.

На принципиальной схеме диод Шоттки обозначается таким образом:

Но иногда можно увидеть и такое обозначение:

Это означает сдвоенный элемент: два диода в одном корпусе с общим анодом или катодом, поэтому элемент имеет три вывода. В блоках питания используют такие конструкции с общим катодом, их удобно использовать в схемах выпрямителей. Часто на схемах рисуется маркировка обычного диода, но в описании указывается, что это Шоттки, поэтому нужно быть внимательными.

Диодные сборки с барьером Шоттки выпускаются трех типов:

1 тип – с общим катодом;

2 тип – с общим анодом;

3 тип – по схеме удвоения.

Для экономии на платежах за электроэнергию наши читатели советуют «Экономитель энергии Electricity Saving Box». Ежемесячные платежи станут на 30-50% меньше, чем были до использования экономителя. Он убирает реактивную составляющую из сети, в результате чего снижается нагрузка и, как следствие, ток потребления. Электроприборы потребляют меньше электроэнергии, снижаются затраты на ее оплату.

Такое соединение помогает увеличить надежность элемента: ведь находясь в одном корпусе, они имеют одинаковый температурный режим, что важно, если нужны мощные выпрямители, например, на 10 ампер. Но есть и минусы

Все дело в том, что малое падение напряжения (0,2–0,4 в) у таких диодов проявляется на небольших напряжениях, как правило – 50–60 вольт. При более высоком значении они ведут себя как обычные диоды. Зато по току эта схема показывает очень хорошие результаты, ведь часто бывает необходимо – особенно в силовых цепях, модулях питания – чтобы рабочий ток полупроводников был не ниже 10а

Но есть и минусы. Все дело в том, что малое падение напряжения (0,2–0,4 в) у таких диодов проявляется на небольших напряжениях, как правило – 50–60 вольт. При более высоком значении они ведут себя как обычные диоды. Зато по току эта схема показывает очень хорошие результаты, ведь часто бывает необходимо – особенно в силовых цепях, модулях питания – чтобы рабочий ток полупроводников был не ниже 10а.

Еще один главный недостаток: для этих приборов нельзя превышать обратный ток даже на мгновение. Они тут же выходят из строя, в то время как кремниевые диоды, если не была превышена их температура, восстанавливают свои свойства.

Но положительного все-таки больше. Кроме низкого падения напряжения, диод Шоттки имеет низкое значение емкости перехода. Как известно: ниже емкость – выше частота. Такой диод нашел применение в импульсных блоках питания, выпрямителях и других схемах, с частотами в несколько сотен килогерц.

ВАХ такого диода имеет несимметричный вид. Когда приложено прямое напряжение, видно, что ток растет по экспоненте, а при обратном – ток от напряжения не зависит.

Все это объясняется, если знать, что принцип работы этого полупроводника основан на движении основных носителей – электронов. По этой же самой причине эти приборы и являются такими быстродействующими: у них отсутствуют рекомбинационные процессы, свойственные приборам с p-n переходами. Для всех приборов, имеющих барьерную структуру, свойственна несимметричность ВАХ, ведь именно количеством носителей электрического заряда обусловлена зависимость тока от напряжения.

1N5819 Диод Шоттки 1A, 40V

Диод Шоттки — полупроводниковый диод с малым падением напряжения при прямом включении.

Достоинства

• Падение напряжения на диоде Шоттки при его прямом включении составляет 0,2—0,4 вольт, в то время, как для обычных, например кремниевыхдиодов, это значение порядка 0,6—0,7 вольт. Столь малое падение напряжения на диоде, при его прямом включении, присуще только диодам Шоттки с максимальным обратным напряжением порядка десятков вольт, однако при повышении приложенного напряжения, падение напряжения на диоде Шоттки становится сравнимым с кремниевым диодом, что может ограничивать применение диодов Шоттки.
• Теоретически диод Шоттки может обладать низкой электрической ёмкостью барьера Шоттки. Отсутствие p-n перехода позволяет повысить рабочую частоту. Это свойство используется в интегральных микросхемах, где диодами Шоттки шунтируются переходы транзисторов, которые применяются в качестве логических элементов. В силовой электронике малое время восстановления позволяет строить выпрямители на частоты в сотни кГц и выше. Например, у диода MBR4015 (15 В, 40 А), предназначенного для выпрямления высокочастотного напряжения, время восстановления равно 10 кВ/мкс.
• Благодаря указанным выше достоинствам, выпрямители на диодах Шоттки отличаются от выпрямителей на обычных диодах пониженным уровнем помех, поэтому они предпочтительны в аналоговых вторичных источниках питания.

Недостатки

• Даже при кратковременном превышении обратного напряжения, значением выше максимально допустимого, диод Шоттки необратимо выходит из строя, в отличие от обычных кремниевых p-n диодов, которые переходят в режим обратимого пробоя, при условии, что рассеиваемая кристаллом диода мощность не превышает допустимых значений, после падения напряжения диод полностью восстанавливает свои свойства.
• Диоды Шоттки характеризуются повышенными (относительно обычных кремниевых p-n диодов) обратными токами, возрастающими с ростом температуры кристалла. Для 30CPQ150 обратный ток при максимальном обратном напряжении изменяется от 0,12 мА при +25 °C до 6,0 мА при +125 °C. У низковольтных диодов в корпусах ТО220 обратный ток может превышать сотни миллиампер (MBR4015 — до 600 мА при +125 °C). Неудовлетворительные условия теплоотвода при работе диода Шоттки с высокими токами, приводит к его тепловому пробою.

Материал	Кремний
Постоянное обратное напряжение (max)	40V
Импульсное обратное напряжение (max)	40V
Прямой(выпрямленный за полупериод) ток (max)	1A
Допустимый прямой импульсный ток (max)	25A
Рабочая температура	-65°С … 150°С
Способ монтажа	В отверстие
Корпус	do41

Конструкция

Действительно, металл-полупроводник обладает такими параметрами:

• Имеет большое значение тока утечки,
• Невысокое падение напряжения на переходе при прямом включении,
• Восстанавливает заряд очень быстро, так как имеет низкое его значение.

Диод Шоттки изготавливается из таких материалов, как арсенид галлия, кремний, намного реже, но также может использоваться – германий. Выбор материала зависит от свойств, которые нужно получить, однако в любом случае максимальное обратное напряжение, на которое могут изготавливаться данные полупроводники, не выше 1200 вольт – это самые высоковольтные выпрямители. На практике же намного чаще их используют при более низком напряжении – 3, 5, 10 вольт.

На принципиальной схеме диод Шоттки обозначается таким образом:

Но иногда можно увидеть и такое обозначение:

Это означает сдвоенный элемент: два диода в одном корпусе с общим анодом или катодом, поэтому элемент имеет три вывода. В блоках питания используют такие конструкции с общим катодом, их удобно использовать в схемах выпрямителей. Часто на схемах рисуется маркировка обычного диода, но в описании указывается, что это Шоттки, поэтому нужно быть внимательными.

Диодные сборки с барьером Шоттки выпускаются трех типов:

1 тип – с общим катодом,

2 тип – с общим анодом,

3 тип – по схеме удвоения.

Такое соединение помогает увеличить надежность элемента: ведь находясь в одном корпусе, они имеют одинаковый температурный режим, что важно, если нужны мощные выпрямители, например, на 10 ампер. Но есть и минусы

Все дело в том, что малое падение напряжения (0,2–0,4 в) у таких диодов проявляется на небольших напряжениях, как правило – 50–60 вольт. При более высоком значении они ведут себя как обычные диоды. Зато по току эта схема показывает очень хорошие результаты, ведь часто бывает необходимо – особенно в силовых цепях, модулях питания – чтобы рабочий ток полупроводников был не ниже 10а

Но есть и минусы. Все дело в том, что малое падение напряжения (0,2–0,4 в) у таких диодов проявляется на небольших напряжениях, как правило – 50–60 вольт. При более высоком значении они ведут себя как обычные диоды. Зато по току эта схема показывает очень хорошие результаты, ведь часто бывает необходимо – особенно в силовых цепях, модулях питания – чтобы рабочий ток полупроводников был не ниже 10а.

https://youtube.com/watch?v=M5Yg0L4GHGY

Еще один главный недостаток: для этих приборов нельзя превышать обратный ток даже на мгновение. Они тут же выходят из строя, в то время как кремниевые диоды, если не была превышена их температура, восстанавливают свои свойства.

Но положительного все-таки больше. Кроме низкого падения напряжения, диод Шоттки имеет низкое значение емкости перехода. Как известно: ниже емкость – выше частота. Такой диод нашел применение в импульсных блоках питания, выпрямителях и других схемах, с частотами в несколько сотен килогерц.

Вольтамперная характеристика светодиода (ВАХ)

ВАХ такого диода имеет несимметричный вид. Когда приложено прямое напряжение, видно, что ток растет по экспоненте, а при обратном – ток от напряжения не зависит.

Все это объясняется, если знать, что принцип работы этого полупроводника основан на движении основных носителей – электронов. По этой же самой причине эти приборы и являются такими быстродействующими: у них отсутствуют рекомбинационные процессы, свойственные приборам с p-n переходами. Для всех приборов, имеющих барьерную структуру, свойственна несимметричность ВАХ, ведь именно количеством носителей электрического заряда обусловлена зависимость тока от напряжения.

Как маркируется диод Шоттки и обозначается на схемах

Зачастую диод Шоттки на схеме обозначается как обычный диод, а дополнительная информация о типе компонента указывается в спецификации.

Как правило, маркировка диодов Шоттки представляет собой набор символов, нанесенных на корпус изделия согласно международным стандартам. В зависимости от страны производителя маркировки могут различаться. В любом случае расшифровать код можно при помощи радиотехнических справочников.

В случае необходимости можно заменить стандартный диод можно аналогичным устройством с барьером – главное, чтобы совпадали параметры тока и напряжения. Но монтировать классическое изделие вместо барьерного аналога категорически не рекомендуется, поскольку из-за перегрева оно быстро выйдет из строя. Опытные радиотехники могут подобрать элемент с запасом по мощности, проанализировав всю схему.

Особенности и принцип работы диода Шоттки

Как работает диод Шоттки? В чем принципиальные отличия его работы от аналогов с другим барьерным переходом?

Устройство диода Шоттки имеет отличие от других элементов того же назначения использованием барьером в виде перехода между металлом и полупроводником. У аналогов обычно работает с этой же целью p-n переход. Так в первом случае имеется односторонняя электропроводность. В зависимости от того, какой конкретно металл выбран для перехода в элементе, различаются и характеристики элемента. Чаще всего выбирается кремний, возможно применение арсенида галлия. Реже могут применяться сплавы вольфрама, платины и других материалов.

Кремний — самый распространенный и надежный элемент в диодах Шоттки, с ним конструкция надежно работает в условиях высокой мощности. Изделие стабильнее в работе, чем другие полупроводниковые аналоги, а простота изготовления и устройства диода Шоттки делают его очень доступным вариантом.

Особенности

Для производства ss14 диодов используются прямоугольные корпусы класса SMA. Буквы SS в названии изделия обозначают следующее: первая – поверхностный (surface) монтаж, вторая – наличие барьера Шоттки. Выводы изготавливаются из латуни, обработанной лужением. На корпусе отмечается катодная сторона, при этом разные фирмы-изготовители обозначают ее по-разному (точка, полоска определенного цвета, выемка). Также некоторые компании сокращают обозначение модели на корпусе до двухзначного – S4. Компоненты обладают очень малой массой – каждая единица весит не более 0,064 граммов. Миниатюрность и особенности монтажа на плату являются выигрышными с точки зрения производственных процессов, но затрудняют проведение тестирования – для этого мультиметр приходится оснащать специальной конструкцией.

Габариты smd-детали Шоттки

Важно! На графических представлениях электросхем такой элемент может обозначаться стандартно для диодов или иметь некоторые дополнительные знаки. Принятое графическое изображение диода Шоттки для поверхностного монтажа на схемах. Принятое графическое изображение диода Шоттки для поверхностного монтажа на схемах

Принятое графическое изображение диода Шоттки для поверхностного монтажа на схемах

Название класса диодов связано с именем немецкого физика Вальтера Германа Шоттки, которому принадлежит первое описание перехода между металлической поверхностью и полупроводниковым материалом. В рассматриваемых изделиях этот переход создается через непосредственный контакт этих двух материалов. Типичная P – N реализация, задействующая явление электронно-дырочной проводимости, в модели SS14 не используется. Электроток создается собственно электронами. В разных моделях изделий Шоттки могут быть применены серебряные, золотые или платиновые проводники. Полупроводниковый компонент может быть кремниевым или изготовленным из арсенида галлия.

Преимуществами использования таких деталей являются значительное быстродействие и небольшое сопротивление при прямой установке элемента, что минимизирует снижение напряжения на нем. Это дает возможность монтировать эти диоды в устройства импульсного типа. Кроме того, рабочая переходная зона обладает малой электроемкостью, что позволяет использовать данные элементы в высокочастотных установках. Есть у диодов и слабые стороны: они обладают малой устойчивостью к ситуациям превышения наибольшего обратного напряжения, нагревание влечет за собой внезапный рост обратного электротока. Данные особенности связаны с устройством диодных компонентов.

Универсальные и импульсные диоды: Диоды с барьером Шоттки

Диоды с барьером Шоттки (их также называют диоды Шоттки, а в специальной литературе и технической документации встречается аббревиатура ДБШ) — это полупроводниковые приборы, построенные на основе структуры металл-полупроводник. Такой электрический переход обладает рядом особенных свойств (отличных от свойств полупроводникового p-n-перехода). К ним относятся:

• пониженное падение напряжения при прямом включении,
• высокий ток утечки,
• очень маленький заряд обратного восстановления.

Последнее объясняется тем, что по сравнению с обычным \(p\)-\(n\)-переходом у таких диодов отсутствует диффузия, связанная с инжекцией неосновных носителей, т.е. они работают только на основных носителях, а их быстродействие определяется только барьерной емкостью.

Импульсные (высокочастотные) свойства диодов Шоттки определяются их граничной рабочей частотой: \(f_р = \cfrac{1}{2 \pi r_с C_б}\), где \(r_с\) — сопротивление перехода, \(C_б\) — барьерная емкость. В диодах Шоттки предельная частота значительно выше, чем у диодов на \(p\)-\(n\)-переходах. Это достигается как за счет технологии изготовления диодов, так и выбором оптимальной конструкции.

Диоды Шоттки изготавливаются обычно на основе кремния (Si) или арсенида галлия (GaAs), реже — на основе германия (Ge), а для приборов субмиллиметрового диапазона длинн волн находят применение такие материалы как фосфид индия (InP) и арсенид галлия-индия (InGaAs). Выбор металла для контакта с полупроводником определяет многие параметры диода. В первую очередь важна величина контактной разности потенциалов, образующейся на границе металл-полупроводник. При использовании диода Шоттки в качестве детектора она определяет его чувствительность, а при использовании в смесителях — необходимую мощность гетеродина. Поэтому чаще всего используются металлы Ag, Au, Pt, Pd, W, которые наносятся на полупроводник и дают величину потенциального барьера 0,2…0,9 эВ.

Диоды Шоттки используются для выпрямления малых напряжений высокой частоты, в высокочастотных смесителях, в ключах и коммутаторах, умножителях частоты и других быстродействующих импульсных цепях. Например, включение диода Шоттки между базой и коллектором биполярного транзистора, работающего в ключевом режиме, позволяет предотвратить накопление избыточных носителей заряда в базовой области транзистора, тем самым сократив время срабатывания ключа.

Часто переходы Шоттки вводят непосредственно в полупроводниковые структуры разных электронных приборов (биполярных и полевых транзисторов, тиристоров и т.д.) для улучшения их импульсных характеристик. Упомянутое выше, включение диода Шоттки между базой и коллектором биполярного транзистора можно реализовать на интегральном уровне, раширив контакт базы на коллекторную область — так называемый транзистор Шоттки, который широко используется в цифровых микросхемах и является основой логики ТТЛШ. Аналогичным образом в полевых транзисторах с управляющим переходом замена обычного p-n-перехода на переход Шоттки позволяет существенно улучшить импульсные и частотные характеристики (см. Полевые транзисторы Шоттки).

Прямая ветвь ВАХ у диодов Шоттки подчиняется экспоненциальному закону в широком диапазоне токов, что позволяет их использовать как прецизионные логарифмирующие элементы (см. Схемы логарифмирования сигналов).

Важной особенностью диодов Шоттки является меньшее прямое падение напряжения (примерно на 0,2 В) по сравнению с обычными диодами, что делает их очень удобными (более эффективными) для использования не только в импульсной, но и в силовой электронике. В связи с этим широкое распространение получили также выпрямительные диоды с барьером Шоттки

В различной литературе часто можно встретить специальное обозначение для диодов Шоттки (рис. 2.4‑1), которое обычно применяется только тогда, когда необходимо сделать особенный акцент на том, что используемые в схеме диоды — это диоды Шоттки.

Рис. 2.4-1. Обозначение диода Шоттки

Следующая >

Применение

Отличительные особенности и принцип работы диода Шоттки обусловливают его широкое применение в быту и в промышленности. Кроме блоков питания компьютера, его часто можно встретить в схемах:

• бытовых электроприборов;
• стабилизаторов напряжения;
• во всем спектре радио- и телеаппаратуры;
• в другой электронике.

Подобные элементы используются в современных батареях и транзисторах, работа которых обеспечивается сенечной энергией.

Такое универсальное использование элемента связано с способностью полупроводникового диода с эффектом Шоттки во много раз усиливать работоспособность любого прибора и увеличивать его эффективность. Обратное сопротивление электротока восстанавливается, за счет чего он сохраняется в электрической сети. Потери динамики напряжения минимизируются. Также диод Шоттки вбирает несколько видов излучений.

Диод с барьером Шоттки — неприхотливый и простой элемент, обеспечивающий бесперебойную работу множества современных приборов. Доступный, надежный, отличается широкой сферой применения благодаря особенностям в своей конструкции.

Дата: 14.06.2018 // 0 Комментариев

Для самодельных схем, радиолюбители частенько применяют выпрямительные мосты на диодах Шоттки. Использование диодов Шоттки в мостах обусловлено низким падением напряжения на диоде, что влечет за собой меньшие потери на мосту и снижает его нагрев. Большинство диодов Шоттки выпускаются сдвоенными, в корпусах с общим катодом, и сборка моста из такого диода вводит новичка в тупик. Сегодня мы рассмотрим, какими способами можно собрать диодный мост из диодов Шоттки.

Диодный мост из четырех диодов Шоттки

Самый простой способ собрать мост на диодах Шоттки – соединить аноды диодной сборки и получить со сдвоенного диода обычный. Такой вариант позволит использовать по полной оба диода каждой диодной сборки.

Диодный мост из трех диодов Шоттки

Подбирая диоды Шоттки для моста, нужно учитывать, что производители указывают максимальный ток диодной сборки, а не каждого диода, который в нее входит. Например, диодная сборка MBR20100CT рассчитана на ток 20А, то каждый из двух диодов рассчитан на 10А. Если параметры используемых диодных сборок позволяют, можно немного сэкономить и построить диодный мост всего из трех диодов Шоттки.

Диодный мост из двух диодов Шоттки

Построить диодный мост из двух диодов Шоттки с общим катодом – НЕВОЗМОЖНО. Необходимо иметь в наличии диод с общим катодом и с общим анодом. Купить диоды Шоттки с общим анодом крайне тяжело, они очень редко встречаются в продаже. Если все же получилось их приобрести, схема моста будет выглядеть вот так.

Очень часто в электротехнике или различных схемах электрических цепей встречается такое понятие, как диод Шоттки. Прежде всего, это специальный диод-полупроводник, имеющий при прямом включении маленькое падение напряжения,и состоящий из полупроводника и металла. Свое название получил в честь изобретателя из Германии Вальтера Шоттки, который изобрел этот электронный элемент.

Допустимое обратное напряжение в электронном элементе в промышленных целях ограничено 250 вольтами. На практике применяется в основном в низковольтных цепях, чтобы предотвратить течение тока в обратную сторону. По своей мощности разделяются на несколько групп: маломощные, среднемощные и мощные.

Само устройство состоит из металла — полупроводника, пассивации стеклом, защитного кольца и металла. Когда по цепи начинает идти электрический ток, то на защитном кольце и по всей области барьера-полупроводника будут скапливаться положительные и отрицательные заряды, но в разных частях корпуса, при котором будет возникать электрическое поле и выделяется тепло, что является большим плюсом для некоторых опытов в физике.

Диоды Шоттки: описание, принцип работы, схема, основные параметры, применение, характеристики

В конце 30-х годов XX века немецкий физик Вальтер Шоттки обнаружил, что внешнее электрическое поле заставляет свободные электроны покидать зону проводимости и в буквальном смысле выходить из твёрдого тела. Данная квантовая зависимость впоследствии была названа именем её первооткрывателя и теперь известна, как эффект Шоттки.

Несмотря на то, что открытие германского учёного относится к области теоретической физики, оно находит применение в практической радиотехнике и лежит в основе функциональности таких радиокомпонентов, как диоды Шоттки. Их отличие от обычных электрических вентилей заключается в отсутствии классического полупроводникового p-n-перехода. Его роль играет контакт между полупроводником и металлом.

Металл и полупроводник: особенности контакта.

В контактной области полупроводниковых и металлических материалов эффект Шоттки приводит к образованию в полупроводнике слоя, сильно обеднённого электронами. Он обладает вентильными свойствами, присущими полупроводниковому p-n-переходу. Эта зона представляет собой преграду для носителей заряда, поэтому данные радиокомпоненты часто называют диодами с барьером Шоттки.

Элементы отличаются от обычных полупроводниковых вентилей следующими качествами:

1. пониженное падение напряжения при прямом смещении;
2. незначительная собственная ёмкость;
3. малый обратный ток;
4. низкое допустимое обратное напряжение.

При прямом смещении разность потенциалов на диоде Шоттки не превышает 0,5 В, тогда как на обычном выпрямительном вентиле падение напряжения составляет около 2-3 В. Это объясняется небольшим сопротивлением переходного участка между полупроводником и металлом.

Хорошие частотные характеристики диодов Шоттки обусловлены отсутствием в переходной зоне неосновных носителей заряда. Из-за этого в контактной области не протекают обычные для чисто полупроводникового p-n-перехода процессы диффузии и рекомбинации дырок и электронов. Следовательно, собственная ёмкость этого слоя стремится к нулю. Данное свойство делает диоды с барьером Шоттки предпочтительными для использования в высоко- и сверхвысокочастотных схемах, а также аппаратуре с импульсными режимами работы – всевозможных цифровых устройствах, системах управления электроникой и импульсных блоках питания.

Низковольтные диоды.

Особенность диодов Шоттки состоит в том, что они являются низковольтными. Если приложенная разность потенциалов превышает некоторый допустимый уровень, то в соответствии с квантовыми законами происходит пробой, который в обычном полупроводниковом радиокомпоненте может быть туннельным, лавинным или тепловым. После первых двух диод восстанавливается и продолжает исправно работать. Тепловой пробой означает фатальную поломку.

В диодах с барьером Шоттки пробой всегда бывает только тепловым. Такова особенность металло-полупроводникового перехода. При большом обратном смещении элемент выходит из строя и нуждается в замене. Этим, кстати, объясняется сильная чувствительность диодов Шоттки к статическому электричеству – при их монтаже и обслуживании радиоаппаратуры с этими элементами необходимо заземлять спецодежду и инструменты.

Однако чувствительность этих радиокомпонентов не всегда является их недостатком. Например, благодаря этой характеристике диоды с барьером Шоттки используются в особо чувствительных гетеродинах, которые получают способность обрабатывать радиосигналы очень малой мощности.

Основные параметры.

1. Максимальное постоянное обратное напряжение;
2. Максимальное импульсное обратное напряжение;
3. Максимальный (средний) прямой ток;
4. Максимальный импульсный прямой ток;
5. Постоянное прямое напряжение на диоде при заданном прямом токе через него;
6. Обратный ток диода при предельном обратном напряжении;
7. Максимальная рабочая частота диода;
8. Время обратного восстановления;
9. Общая емкость диода.

Производство диодов Шоттки.

В качестве полупроводниковой составляющей используются стандартные материалы – кремний, германий и арсенид галлия. На них в процессе изготовления радиокомпонентов напыляются такие металлы, как золото, серебро, палладий, вольфрам. Именно эти элементы таблицы Менделеева обеспечивают достаточно высокий потенциальный барьер, определяющий функциональность диодов Шоттки.

Германиевые радиокомпоненты показывают высокую устойчивость к изменению температурного режима, поэтому данный материал чаще кремния и арсенида галлия используется при производстве диодов для мощных схем питания. Зато кремниевые и галлиевые элементы демонстрируют лучшие частотные параметры.

Сфера применения

Особенности спектра излучения не мешают светодиодам с двойным свечением найти сферу применения.

Светодиодные индикаторы на основе двухцветных диодов используются:

• в рекламе;
• в системах сигнализации (светофорах, мигалках, указателях, электронных табло);
• в электродвигателях (для определения стороны вращения);
• при декорировании помещений;
• в телефонах, планшетах, фотоаппаратах;
• в зарядках различных аккумуляторов;
• для тюнинга автомобилей.

В быту из двухцветных светодиодов можно сделать гирлянду. Одни цвет горит во время положительного полупериода, второй – во время отрицательного.