쇼트키 다이오드 - 장치, 유형, 특성 및 용도

쇼트키 다이오드 또는 보다 정확하게는 쇼트키 배리어 다이오드는 금속-반도체 접촉을 기반으로 만들어진 반도체 장치인 반면 기존 다이오드는 반도체 pn 접합을 사용합니다.

쇼트키 다이오드는 1938년에 새로 발견된 장벽 효과를 연구하여 금속에서 전자의 방출조차 전위 장벽에 의해 방해된다는 초기 이론을 확인한 독일의 물리학자 Walter Schottky가 전자 공학에서 그 이름과 외관을 유래했습니다. , 그러나 인가된 외부 전기장으로 이 장벽은 감소할 것입니다. Walter Schottky는 과학자를 기리기 위해 Schottky 효과라고 불리는 이 효과를 발견했습니다.

물리적 측면

금속과 반도체 사이의 접촉을 조사하면 반도체 표면 근처에 대부분의 전하 캐리어가 고갈된 영역이 있는 경우 이 반도체와 반도체 측면의 금속이 접촉하는 영역이 있음을 알 수 있습니다. , 이온화된 억셉터와 도너로부터 공간 영역이 형성되고 차단 접촉이 발생합니다. 쇼트키 장벽 자체 ... 이 장벽은 어떤 조건에서 발생합니까? 고체 표면의 열전자 방사 전류는 Richardson 방정식에 의해 결정됩니다.

예를 들어 n형과 같은 반도체가 금속과 접촉할 때 금속에서 나오는 전자의 열역학적 일함수가 반도체에서 나오는 전자의 열역학적 일함수보다 큰 조건을 만들어 봅시다. 이러한 조건에서 Richardson 방정식에 따르면 반도체 표면의 열전자 방사 전류는 금속 표면의 열전자 방사 전류보다 클 것입니다.

초기 순간에 이러한 재료의 접촉시 반도체에서 금속으로의 전류는 역방향 전류(금속에서 반도체로)를 초과할 것이며, 그 결과 반도체 및 금속, 공간 전하가 축적되기 시작합니다. 반도체에는 양수이고 금속에는 음수입니다. 접촉 영역에서 이러한 전하에 의해 형성된 전기장이 발생하고 에너지 밴드가 구부러집니다.

필드의 작용 하에서 반도체에 대한 열역학적 일함수는 증가할 것이고 그 증가는 열역학적 일함수와 표면에 적용되는 해당 열전자 방사 전류가 접촉 영역에서 동일해질 때까지 계속될 것입니다.

p형 반도체와 금속에 대한 포텐셜 장벽의 형성과 함께 평형 상태로의 전이 그림은 n형 반도체와 금속에 대해 고려한 예와 유사합니다. 외부 전압의 역할은 반도체의 공간 전하 영역에서 전위 장벽의 높이와 전기장의 세기를 조절하는 것입니다.

위의 그림은 쇼트키 장벽 형성의 다양한 단계에 대한 영역 다이어그램을 보여줍니다. 접촉 영역의 평형 조건에서 열 방출 전류는 전계 효과로 인해 균등화되며 높이는 열역학적 일 함수의 차이와 같습니다. φk = FMe — Фп / п.

분명히 쇼트키 장벽의 전류-전압 특성은 비대칭인 것으로 판명되었습니다. 순방향에서 전류는 인가된 전압에 따라 기하급수적으로 증가합니다. 반대 방향에서 전류는 전압에 의존하지 않으며 두 경우 모두 전류는 주요 전하 캐리어인 전자에 의해 구동됩니다.

따라서 Schottky 다이오드는 추가 시간이 필요한 확산 및 재결합 프로세스를 배제하기 때문에 속도로 구별됩니다. 전압에 대한 전류의 의존성은 캐리어 수의 변화와 관련이 있습니다. 이러한 캐리어는 전하 전송 프로세스에 관여하기 때문입니다. 외부 전압은 쇼트키 장벽의 한쪽에서 다른 쪽으로 통과할 수 있는 전자의 수를 변경합니다.

제조 기술로 인해 설명된 작동 원리를 기반으로 하는 쇼트키 다이오드는 기존 p-n-다이오드보다 훨씬 작은 순방향 전압 강하가 낮습니다.

여기서 접촉 영역을 통한 작은 초기 전류조차도 열을 방출하여 추가 전류 캐리어의 출현에 기여합니다. 이 경우 소수 전하 캐리어가 주입되지 않습니다.

따라서 쇼트키 다이오드는 소수 캐리어가 없기 때문에 확산 커패시턴스가 없으며 결과적으로 반도체 다이오드에 비해 속도가 상당히 빠릅니다. 이는 날카로운 비대칭 p-n 접합과 유사한 것으로 밝혀졌습니다.

따라서 먼저 쇼트키 다이오드는 검출기, 혼합, 애벌랜치 통과, 파라메트릭, 펄스, 곱셈 등 다양한 목적을 위한 마이크로웨이브 다이오드입니다. 쇼트키 다이오드는 방사선 검출기, 스트레인 게이지, 핵 방사선 검출기, 광 변조기 및 마지막으로 고주파 정류기로 사용할 수 있습니다.

다이어그램의 쇼트키 다이오드 지정

현재 다이오드 쇼트키

오늘날 Schottky 다이오드는 전자 장치에 널리 사용됩니다. 다이어그램에서는 기존 다이오드와 다르게 묘사됩니다. 전원 스위치의 전형적인 3핀 하우징으로 만들어진 이중 쇼트키 정류기를 흔히 볼 수 있습니다. 이러한 이중 구조는 내부에 2개의 쇼트키 다이오드를 포함하며 음극보다 더 자주 음극 또는 양극으로 결합됩니다.

어셈블리의 다이오드는 각 노드가 하나의 기술 주기로 생산되기 때문에 매우 유사한 매개 변수를 가지며 결과적으로 작동 온도가 동일하고 신뢰성이 더 높습니다. 고속(나노초 단위)과 함께 0.2-0.4볼트의 지속적인 전압 강하는 p-n에 비해 쇼트키 다이오드의 확실한 장점입니다.

낮은 전압 강하와 관련하여 다이오드의 쇼트 키 장벽의 특성은 속도가 일정하게 유지되지만 최대 60V의인가 전압에서 나타납니다. 오늘날 25CTQ045 유형의 Schottky 다이오드(최대 45볼트의 전압, 어셈블리의 각 다이오드 쌍당 최대 30암페어의 전류)는 많은 스위칭 전원 공급 장치에서 찾을 수 있으며, 여기에서 최대 몇 개의 전류에 대한 정류기 역할을 합니다. 백 킬로헤르츠.

물론 Schottky 다이오드의 단점에 대한 주제를 만지지 않는 것은 불가능합니다. 물론 그 중 두 가지가 있습니다. 첫째, 단기간의 임계 전압 초과는 다이오드를 즉시 비활성화합니다. 둘째, 온도는 최대 역전류에 크게 영향을 미칩니다. 매우 높은 접합 온도에서 다이오드는 정격 전압에서 작동하는 경우에도 간단히 파손됩니다.

라디오 아마추어는 그의 연습에서 쇼트키 다이오드 없이는 할 수 없습니다. 가장 많이 사용되는 다이오드는 1N5817, 1N5818, 1N5819, 1N5822, SK12, SK13, SK14입니다. 이 다이오드는 출력 및 SMD 버전 모두에서 사용할 수 있습니다. 라디오 아마추어들이 가장 높이 평가하는 것은 이러한 구성 요소의 저렴한 비용으로 고속 및 낮은 접합 전압 강하(최대 0.55볼트)입니다.

드문 PCB는 어떤 목적으로든 쇼트키 다이오드 없이 작동합니다. 어딘가에 Schottky 다이오드는 피드백 회로의 저전력 정류기 역할을하고 어딘가에 0.3-0.4V 수준의 전압 안정기 역할을하며 어딘가에 감지기 역할을합니다.

아래 표에서 오늘날 가장 일반적인 저전력 쇼트키 다이오드의 매개변수를 볼 수 있습니다.