דיודות שוטקי - מכשיר, סוגים, מאפיינים ושימוש

דיודות שוטקי, או ליתר דיוק דיודות מחסום שוטקי, הן התקני מוליכים למחצה העשויים על בסיס מגע מתכת מוליכים למחצה, בעוד שדיודות קונבנציונליות משתמשות בצומת pn מוליכים למחצה.

דיודת שוטקי חייבת את שמה ואת הופעתה באלקטרוניקה לפיזיקאי הגרמני וולטר שוטקי, אשר בשנת 1938, שחקר את אפקט המחסום החדש שהתגלה, אישר את התיאוריה המוקדמת יותר לפיה אפילו פליטת אלקטרונים מהמתכת הופרעה על ידי מחסום הפוטנציאל. , אבל עם השדה החשמלי החיצוני המופעל מחסום זה יקטן. וולטר שוטקי גילה את האפקט הזה, שנקרא אז אפקט שוטקי, לכבודו של המדען.

צד פיזי

בבחינת המגע בין המתכת למוליך למחצה, ניתן לראות שאם בסמוך לפני השטח של המוליך למחצה יש אזור מדולדל ברוב נושאי המטען, הרי שבאזור המגע של מוליך למחצה זה עם המתכת בצד המוליך למחצה. , נוצר אזור חלל מטען ממקבלים ומתורמים מיוננים ומתרחש מגע חוסם - מחסום שוטקי עצמו ... באילו תנאים מתרחש מחסום זה? זרם הקרינה התרמיונית מפני השטח של מוצק נקבע על ידי משוואת ריצ'רדסון:

הבה ניצור תנאים שבהם כאשר מוליך למחצה, למשל מסוג n, נמצא במגע עם מתכת, פונקציית העבודה התרמודינמית של האלקטרונים מהמתכת תהיה גדולה יותר מפונקציית העבודה התרמודינמית של האלקטרונים מהמוליך למחצה. בתנאים כאלה, לפי המשוואה של ריצ'רדסון, זרם הקרינה התרמיונית ממשטח המוליך למחצה יהיה גדול יותר מזרם הקרינה התרמית ממשטח המתכת:

ברגע הזמן הראשוני, במגע של חומרים אלה, הזרם מהמוליך למחצה למתכת יעלה על הזרם ההפוך (מהמתכת למוליך למחצה), וכתוצאה מכך באזורים הקרובים לפני השטח של שני מוליכים למחצה ושל מוליכים למחצה. מתכת, מטענים בחלל יתחילו להצטבר - חיוביים במוליך למחצה ושליליים - במתכת. באזור המגע יתעורר שדה חשמלי הנוצר ממטענים אלו ויתרחש כיפוף של פסי האנרגיה.

תחת פעולת השדה, תגדל פונקציית העבודה התרמודינמית עבור המוליך למחצה והעלייה תימשך עד שתפקודי העבודה התרמודינמית וזרמי הקרינה התרמיוניים המתאימים המופעלים על פני השטח יהיו שווים באזור המגע.

תמונת המעבר למצב שיווי משקל עם היווצרות מחסום פוטנציאלי עבור מוליכים למחצה ומתכת מסוג p דומה לדוגמא הנחשבת עם מוליכים למחצה ומתכת מסוג n. תפקידו של המתח החיצוני הוא לווסת את גובה מחסום הפוטנציאל ואת עוצמת השדה החשמלי באזור מטען החלל של המוליך למחצה.

האיור שלמעלה מציג את דיאגרמות השטח של השלבים השונים של היווצרות מחסום שוטקי. בתנאי שיווי משקל באזור המגע, זרמי הפליטה התרמית משתווים, עקב השפעת השדה, מופיע מחסום פוטנציאלי, שגובהו שווה להפרש בין פונקציות העבודה התרמודינמיות: φk = FMe — Фп / п.

ברור שמאפיין מתח הזרם של מחסום שוטקי מתברר כאסימטרי. בכיוון קדימה, הזרם גדל באופן אקספוננציאלי עם המתח המופעל. בכיוון ההפוך הזרם אינו תלוי במתח, בשני המקרים הזרם מונע ע"י אלקטרונים כנשאי המטען העיקריים.

לכן, דיודות שוטקי נבדלות במהירות שלהן, מכיוון שהן אינן כוללות תהליכים מפוזרים ורקומבינציה הדורשים זמן נוסף. התלות של הזרם במתח קשורה לשינוי במספר הנשאים, מאחר שנשאים אלו מעורבים בתהליך העברת המטען. המתח החיצוני משנה את מספר האלקטרונים שיכולים לעבור מצד אחד של מחסום שוטקי לצד השני.

בשל טכנולוגיית הייצור ובהתבסס על עקרון הפעולה המתואר, לדיודות Schottky יש מפל מתח נמוך בכיוון קדימה, קטנה בהרבה מזו של דיודות p-n-מסורתיות.

כאן, אפילו זרם ראשוני קטן דרך אזור המגע מוביל לשחרור חום, אשר לאחר מכן תורם להופעת נושאי זרם נוספים. במקרה זה, אין הזרקה של נושאי מיעוט.

לכן אין לדיודות שוטקי קיבול מפוזר שכן אין נשאי מיעוט וכתוצאה מכך המהירות די גבוהה בהשוואה לדיודות מוליכים למחצה. מסתבר שזה מראית עין של צומת p-n א-סימטרי חד.

לכן, קודם כל, דיודות שוטקי הן דיודות מיקרוגל למטרות שונות: גלאי, ערבוב, מעבר מפולת, פרמטרי, פולס, כפל. דיודות שוטקי יכולות לשמש כגלאי קרינה, מדי מתח, גלאי קרינה גרעינית, מאפננים אור ולבסוף מיישרים בתדר גבוה.

ייעוד דיודה שוטקי על דיאגרמות

דיודה שוטקי היום

כיום, דיודות שוטקי נמצאות בשימוש נרחב במכשירים אלקטרוניים. בתרשימים, הם מתוארים באופן שונה מדיודות קונבנציונליות. לעתים קרובות אתה יכול למצוא מיישרי Schottky כפולים המיוצרים במארז שלושת הפינים האופייני למתגי מתח. מבנים כפולים כאלה מכילים שתי דיודות שוטקי בפנים, מחוברות על ידי קתודות או אנודות, לעתים קרובות יותר מאשר קתודות.

לדיודות במכלול פרמטרים דומים מאוד, שכן כל צומת כזה מיוצר במחזור טכנולוגי אחד, וכתוצאה מכך טמפרטורת הפעולה שלהן זהה בהתאם והאמינות גבוהה יותר. ירידת מתח מתמשכת של 0.2-0.4 וולט יחד עם מהירות גבוהה (יחידות של ננו-שניות) הם היתרונות הבלתי מבוטלים של דיודות שוטקי על פני מקבילות ה-p-n שלהן.

המוזרות של מחסום Schottky בדיודות, בקשר עם ירידת מתח נמוכה, באה לידי ביטוי במתחים מופעלים של עד 60 וולט, אם כי המהירות נשארת יציבה. כיום ניתן למצוא דיודות שוטקי מסוג 25CTQ045 (עבור מתחים עד 45 וולט, לזרמים עד 30 אמפר לכל זוג דיודות במכלול) בספקי כוח מיתוג רבים, שם הם משמשים כמיישרים לזרמים של עד כמה מאה קילו-הרץ.

אי אפשר שלא לגעת בנושא החסרונות של דיודות שוטקי, כמובן שכן ויש שתיים מהן. ראשית, עודף לטווח קצר של המתח הקריטי ישבית מיד את הדיודה. שנית, הטמפרטורה משפיעה מאוד על הזרם ההפוך המרבי. בטמפרטורת צומת גבוהה מאוד, הדיודה פשוט תישבר גם כאשר היא פועלת במתח נקוב.

אף חובב רדיו לא יכול להסתדר בלי דיודות שוטקי בתרגול שלו. ניתן לציין את הדיודות הפופולריות ביותר כאן: 1N5817, 1N5818, 1N5819, 1N5822, SK12, SK13, SK14. דיודות אלו זמינות הן בגרסאות פלט והן בגרסאות SMD. הדבר העיקרי שחובבי רדיו מעריכים אותם כל כך הוא המהירות הגבוהה שלהם ונפילת מתח הצומת הנמוכה - מקסימום 0.55 וולט - בעלות נמוכה של רכיבים אלה.

PCB נדיר מסתדר ללא דיודות שוטקי למטרה זו או אחרת. איפשהו דיודה שוטקי משמשת כמיישר בעוצמה נמוכה למעגל המשוב, איפשהו - כמייצב מתח ברמה של 0.3 - 0.4 וולט, ואיפשהו זה גלאי.

בטבלה שלהלן תוכלו לראות את הפרמטרים של דיודות שוטקי הנפוצות ביותר כיום.