Малогабаритные диоды с барьером шоттки показывают самое низкое значение напряжения падения

Малогабаритные диоды с барьером Шоттки показывают самое низкое значение напряжения падения

Малогабаритные диоды с барьером Шоттки показывают самое низкое значение напряжения падения

14 ноября 2012. Компания ROHM представила серию RBE малогабаритных диодов с барьером Шоттки, показывающих наинизшее, в отрасли, значение напряжения падения при прямом включении, делая их хорошим вариантом для применения в переносимых устройствах, требующих снижения размеров корпуса, таких как смартфоны.

Компоненты доступны в различных корпусах, включая новый корпус формфактора VML2, размеры которого составляют всего 1.0 x 0.6 мм.

Растущая тенденция большей функциональности и сложности смартфонов и других мобильных устройств, снижение их размеров, сохранение или даже увеличение времени работы этих устройств от батарей, привела к увеличению спроса на миниатюрные компоненты, снижающим потребляемую устройствами мощность, в частности, спрос на диоды с барьером Шоттки, применяющихся в источниках питания, где требуется низкое значение напряжения падения на диоде при прямом включении компонента (Vf) и высокое среднее значение выпрямленного тока. Однако, до сих пор для сокращения значения Vf и увеличения максимального тока, требовалось увеличить размер кристалла диода, что затрудняло возможности миниатюризации.

В ответ на данные потребности, компания ROHM значительно улучшила токовую эффективность, переработав основу диодного элемента, уменьшив значение напряжения падения на 32% по сравнению с распространёнными альтернативами.

Это привело к более низкому показателю тепловыделения и более высокому номинальному току, и позволило использовать корпус с меньшими габаритными размерами, что помогает сократить занимаемую на печатной плате компонентом площадь на 80%.

Основные особенности

1. Высокое значение максимального тока, в компактном корпусе Самое низкое значение напряжения прямого падения в отрасли позволяет получить высокие значения токов, выполнив компонент в малогабаритном корпусе. Корпус   (формфактор)    Серия RBE    Распространённые решения VML2      (1006)                   0.5A                  0.2A EMD2     (1608)                   0.5A                  0.2A UMD2     (2512)                   0.7A                  0.5A TUMD2   (2513)                   2.0A                  1.5A

*Максимального ток, при обратном напряжении 20В

2. Уменьшенная, занимаемая компонентом, площадь на 80% Более высокий номинальный ток позволил использовать корпус с меньшими размерами, что значительно сокращает, занимаемую компонентом, площадь платы.

Технические характеристики (Ta=25°C)

Корпус   Номинал              Vr(В) Io(А)      Vf(В)      If(А)        Ir(мА)

VML2      RBE05AS20A      20      0.5         0.53      0.5         0.15

Источник новости

Источник: http://cxem.net/electronic_news/electronic_news7.php

Новые диоды Шоттки IR с малым прямым падением напряжения

Компания International Rectifier представила новую линейку диодов Шоттки на 15 и 20 В для серво- и телеком приложений, которые предназначены для выпрямления во вторичных цепях ВЧ преобразователей, в том числе и OR-цепях с малым прямым падением напряжения. Значение прямого падения напряжения новых диодов IR на 25% ниже существующих индустриальных аналогов, кроме того на 14% снижен параметр обратного тока утечки, что позволит разработчикам достигнуть максимальной эффективности всей системы и снизить потери мощности.

Диод 80CPTN015 (корпус TO-247) выполнен по канавочной технологии, имеет рабочее напряжение 15 В и позволяет выдерживать высокую температуру перехода до 150°С.

По сравнению с аналогичными индустриальными стандартами, диод Шоттки 80CPTN015 IR имеет на 12% меньшее прямое падение напряжения и на 68% меньший обратный ток утечки. Максимальное прямое падение напряжения составляет 340 мВ при нагрузке 40 А (125°С).

Это на 10% сокращает мощность рассеяния и позволяет считать диод 80CPTN015 лучшим выбором для выпрямления цепей с выходным напряжением 5 В в приложениях, где эффективность является критическим моментом.

Диод 80CPT015 имеет номинальные параметры 15 В/80 А, также выполнен на основе канавочной технологии, значение прямого падения напряжения составляет 270 мВ при температуре 125°С.

Благодаря сверхнизкому прямому падению напряжения диод идеально подходит для применения в ВЧ преобразователях и источниках питания с выходным напряжением 1.5 В. Диод в корпусе TO-247 имеет на 20% улучшенную характеристику прямого падения напряжения и на 14% меньший обратный ток утечки по сравнению с типичными диодами Шоттки.

Благодаря этому диод 80CPT015 является лучшим решением для выпрямления ORing цепей, а также для цепей с выходным напряжением

до 12 В.

Диоды 60CTT015 и 60CTTN015 выполнены в корпусе ТО-220 и нормированы на 15 В, типичное прямое падение напряжения составляет 0.28 В при нагрузке 30 А и 0.33 В при токе 60 А.

60CTT015 является ORing диодом Шоттки и предназначен для приложений, где требуется малое значение прямого падения напряжения.

Минимальный обратный ток утечки 60CTTN015 диода – 250 мА (125°С) позволяет использовать его в приложениях с температурным переходом вплоть до 150°С.

Диод 80CNT020 выполнен в корпусе D61, нормирован на входное напряжение 20 В, падение напряжения составляет 240 мВ при 125°С, что на 25% ниже индустриальных стандартов. Диод предназначен для высокоточных ORing приложений с выходом до 15 В.

Диапазон рабочих температур: -55…+125°С

Источник: https://eicom.ru/news_industry/2005/02/1295/

Ответы@Mail.Ru: Чтоо такое быстрые диоды? Что они делают?

Диоды с малым временем восстановления перехода. Применяются в высокочастотной технике. При работе на частоте 50-100 КГц простые выпрямительные диоды не успевают закрываться и через них начинает течь обратный ток, который мешает нормальной работе цепи, а так же неплохо греет сами диоды.

Диод Шоттки — полупроводниковый диод с малым падением напряжения при прямом включении. В то время, как обычные кремниевые диоды имеют прямое падение напряжения около 0,6—0,7 вольт, применение диодов Шоттки позволяет снизить это значение до 0,2—0,4 вольт.

Столь малое прямое падение напряжения присуще только диодам Шоттки с максимальным обратным напряжением порядка десятков вольт, выше же падение напряжения становится сравнимым с аналогичным параметром кремниевых диодов, что ограничивает применение диодов Шоттки.

Барьер Шоттки также имеет меньшую электрическую ёмкость перехода, что позволяет заметно повысить рабочую частоту. Это свойство используется в интегральных микросхемах, где диодами Шоттки шунтируются переходы транзисторов логических элементов.

В силовой электронике малое время восстановления позволяет строить выпрямители на частоты в сотни кГц и выше. Например, диод MBR4015 (15 В, 40 А) , оптимизированный под высокочастотное выпрямление, нормирован для работы при dV/dt до 10 кВ/мкс.

Благодаря лучшим временны́м характеристикам и малым ёмкостям перехода выпрямители на диодах Шоттки отличаются от традиционных диодных выпрямителей пониженным уровнем помех, поэтому они предпочтительны в традиционных трансформаторных блоках питания аналоговой аппаратуры.

Дурацкий вопрос. Непонята фраза “что они делают”. Быстро работают. Кол посту выше за бестолковый копипаст. PS А посту ниже – вон смотри,уже скопировал №1 ))

Ну так бери и читай про диоды Шоттки или ультрафасты Эти диоды работают на высоких частотах где обычные выпрямительные например уже не годятся Или ждешь что кто то скопирует кусок ВИКИ сюда ?

Диод Гана, диод тунельный, лямда диод. Диодам шотки такая скорость не снится. Есть ещё почти диоды, это стабилитроны сверхскоростные и называются ограничителями напряжения.

Скорость срабатывания в наносекунду. А делают всё что должны делать 2-х точечники. А Шотки хорошь для выпрямления большого тока с минимальными потерями мощности.

Но есть у него конкурент под высокие напряжения – лавиный диод.

Быстрые диоды – Высокочастотные диоды и с малым падением напряжения. Работают корректно при частотах в Мгц и даже Ггц.

Источник: https://touch.otvet.mail.ru/question/96383405

Ультрабыстрые диоды (диоды Шоттки)

Идеально подходят для силовых схем так называемые диоды Шоттки. Отличие диодов Шоттки от других диодов состоит в том, что они производятся по оригинальной технологии, и в их структуре практически отсутствуют неосновные носители заряда, которые как раз и влияют на величину времени обратного восстановления.

На сегодняшний день в номенклатуре фирм можно встретить диоды Шоттки, допускающие прямой ток через себя порядка 240 А, например, 249NQ150 производства фирмы «International Rectifier».

Другое преимущество диодов Шоттки — более низкое падение напряжения в открытом состоянии, что делает их незаменимыми в низковольтных схемах.

К сожалению, диоды Шоттки имеют существенный недостаток: максимальное обратное напряжение у самых лучших представителей этого класса силовых приборов не превышает величину 150 В. Более того, в подавляющем большинстве случаев вы едва ли встретите диоды Шоттки встроенными в корпуса мощных силовых модулей.

Что предпринять в таком случае? К счастью, разработана технология производства специальных ультрабыстрых диодов, называемых гексагональными эпитаксильными диодами со сверхбыстрым временем обратного восстановления.

Например, диоды серии Hexfred, производимые фирмой «International Rectifier», имеют величинудопустимого напряжения в закрытом состоянии до 1200 В, а по своим свойствам обратного восстановления могут легко соперничать с диодами Шоттки.

Познакомимся с характеристиками ультрабыстрых диодов поподробнее. На рис. 2.7.25 показана типовая кривая обратного восстановления ультрабыстрого диода.

В момент открывания ключевого транзистора VT начинается спадание тока диода, затем ток достигает нулевого значения, меняет знак и далее достигает значение irrm, называемого в технической документации пиковым током обратного восстановления (peak reverse recovery current).

Процесс нарастания тока обратного восстановления занимает время /fl, называемое временем роста обратного тока восстановления. После этого ток спадает до

Конечно, в технической документации обычно приводятся данные по суммарному времени обратного восстановления, пиковому току обратного восстановления, и по этим данным теоретически можно рассчитать тепловые потери, возникающие в процессе обратного восстановления диода.

Однако на практике пользоваться этими данными для расчета тепловых потерь неудобно, так как величина пикового тока обратного восстановления и время восстановления зависят от величины приложенного обратного напряжения.

Производители диодов рекомендуют для определения тепловых потерь обратного восстановления пользоваться величиной заряда обратного восстановления (reverse recovery charge), обозначаемого символом Qrr Величину заряда обратного восстановления можно получить непосредственно из технической документации на конкретный диод или рассчитать по приближенной формуле

нулевого значения за время tb9 называемое временем спада обратного тока восстановления. Полное время trr обратного восстановления диода (reverse recovery time) определяется по формуле

Тепловые потери обратного диода в полумостовых силовых схемах складываются из статических потерь проводимости и потерь обратного восстановления. Статические потери вычислить несложно: они будут определяться величиной прямого падения напряжения Uf на открытом диоде, средним током проводимости и длительностью протекания тока в открытом состоянии, отнормированному к периоду коммутации.

С потерями обратного восстановления сложнее. Поскольку к диоду прикладывается большое обратное напряжение в то время, когда через него течет прямой ток, диоду нужно рассеивать большую мощность.

Читайте также:  Поверхностный монтаж, применение чип (smd) компонентов

Функция изменения тока во времени носит сложный характер (рис. 2.7.

25), поэтому нам придется вычислять мгновенную мощность на очень коротких промежутках времени, а потом получившиеся результаты просуммировать.

Итак, энергия тепловых потерь определяется суммой произведений тока через диод на напряжение, приложенное к нему, на протяжении времени протекания тока. Поскольку к диоду прикладывается напряжение величиной Um, энергия переключения E^ будет определяться по формуле

Если мы внимательнее присмотримся к формуле (2.7.9), то обнаружим, что интеграл здесь есть заряд обратного восстановления диода, который может быть вычислен по формуле (2.7.8) или взят из справочных данных. С учетом приведенных выражений, можно вычислить мощность потерь обратного восстановления:

i

где / — частота коммутации.

Полные тепловые потери, как обычно, определяются суммой статических и динамических потерь по формуле

В табл. 2.7.2 приведены основные параметры некоторых ультрабыстрых диодов.

Таблица 2.7.2, Параметры некоторых ультрабыстрых диодов фирмы «International Rectifier»

Мировые производители силовой элементной базы выпускают столь большую номенклатуру ультрабыстрых диодов, что рассматривать их в рамках данной книги просто не имеет смысла, а читатели без труда найдут для своих разработок подходящие диоды без дополнительных авторских «наводок».

Расскажем лишь о перспективах отечественного производства этих важных для силовой электроники компонентов. К примеру, ОАО «ВЗПП-Сборка» [18] выпускает значительное количество ультрабыстрых диодов, аналоги которых производятся «International Rectifier».

Диапазон токов этих диодов ограничивается значениями 20…25 А, поэтому в случае необходимости использования более мощных диодов имеет смысл обратить внимание на продукцию ОАО «Электровыпрямитель» [21].

Эта уже знакомая нам фирма поставляет на рынок диодные быстровосстанавливающиеся модули типа SFRD в полумостовом включении (анод первого дио

да подключен к катоду второго) и в одиночном включении. Полумостовые диодные сборки маркируются как М2ДЧ, а одиночные — как МДЧ. Время обратного восстановления диодов и диодных сборок не превышает 0,2…0,3 мкс при номинальных рабочих токах до 300 А.

Кратко упомянем такие всем известные элементы, как стандартные диодные мосты.

Оказывается, при разработке силовых схем статических преобразователей эти элементы играют чрезвычайно важную роль: диодный мост — это одно из важнейших звеньев силовой преобразовательной схемы, и при выходе его из строя неработоспособным становится весь преобразователь.

Кроме того, до настоящего времени разработчику приходилось закладывать в свои разработки выпрямительные диоды в одиночном исполнении, соединяя их, например, по трехфазной схеме выпрямления Ларионова. Понятно, что при таком подходе разработчик сильно проигрывает в габаритах этого узла.

Специально для применения в силовой преобразовательной технике разработаны компактные диодные мосты, включающие в себя четыре диода (однофазная схема) и шесть диодов (трехфазная схема). На рис. 2.7.

26 показан внешний вид трехфазного диодного моста типа 160MT120KB, выпускаемого фирмой «International Rectifier». Диодный мост выдерживает значение продолжительного номинального тока до 160 А, а также значение пикового пускового тока до 1500 А.

Диоды моста рассчитаны на значение обратного напряжения до 1200 В.

Интерес для разработчика силовой преобразовательной техники могут также представлять диодные мосты, производимые ЗАО «Электрум АВ» [22]. Номенклатура их достаточно широка: выпускаются

мосты как для монтажа на печатную плату (в том числе и в трехфазном варианте), так и для объемного монтажа. К примеру, мосты типоразмера M6 (рис. 2.7.27) производятся на номинальные токи 63 А, 100 А, 160 А, 200 А, 250 А с рабочим напряжением до 1200 В (исполнение 12) и до 1600 В (исполнение 16). Диоды выдерживают пятикратную токовую перегрузку.

Источник: Семенов Б. Ю. Силовая электроника: профессиональные решения. — М.: СОЛОН-ПРЕСС, 2011. — 416 c.: ил.

Источник: http://nauchebe.net/2013/09/ultrabystrye-diody-diody-shottki/

Диод Шоттки

материалы в категории

Общие понятия и устройство диода Шоттки

Такой элемент как диод Шоттки хотя и был изобретен достаточно давно но в обиходе радиолюбителей появился сравнительно недавно и обусловлено это стало тем что диод Шоттки имеет два очень важных и полезных свойства: во-первых очень большое быстродействие и во-вторых малое падение прямого напряжения на переходе.
Раньше эти два фактора особого значения не имели но в современной аппаратуре, работающей на более высоких частотах чем ранее, диод Шотки просто незаменим.

Давайте рассмотрим устройство диода Шоттки (его еще называют диод с барьером Шоттки).

Самое интересное в диоде Шоттки то что в нем нету p-n перехода (!). Вместо него сделан переход- металл-полупроводник (смотрим картинку)

Обозначения на рисунке: 1- подложка из полупроводника, 2- эпитаксиальная плёнка; 3 — контакт металл — полупроводник; 4 — металлическая плёнка; 5 — внешний контакт.

При прохождении электрического тока через такой переход избыток электронов будет распределяться по приконтактной области металлического вывода создавая своего рода барьер (его назвали барьер Шоттки) и за счет этого образуются выпрямительные свойства. Причем высоту барьера можно еще и изменять меняя тем самым свойства диода.

Обозначение диода Шоттки на схеме

На схемах диод Шоттки обозначается вот так:

Как проверить диод Шоттки

Как уже упоминалось выше диод Шоттки имеет малое падение напряжения на переходе: В то время, как обычные кремниевые диоды имеют прямое падение напряжения около 0,6—0,7V, германиевые около 0,4V, у диода Шоотки и того меньше- около 0,2V.

А так как мультиметр при проверке показывает не что иное как падение напряжения на переходе то и показания будет малы: если при проверке обычных диодов показания мультиметра будут около 300…400 для германиевых и 450…

650 для кремниевых диодов, то при проверке диода Шоттки мультиметр покажет 100…150.

Недостатки диода Шоттки

Вот вроде всем диод Шоттки хорош: и при ВЧ токах работает и обратной емкости не имеет и падение напряжение на нем минимальное, но все-же при всех своих прелестях у диода Шоттки есть и недостатки:

При кратковременном превышении максимального обратного напряжения диод Шоттки необратимо выходит из строя (КЗ — короткое замыкание), в отличие от обычных кремниевых p-n диодов, которые переходят в режим обратимого пробоя, и, при условии непревышения рассеиваемой на диоде максимальной мощности 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).

При неудовлетворительных условиях теплоотвода положительная обратная связь по теплу в диоде Шоттки приводит к его катастрофическому перегреву.

Как выглядит диод Шоттки? Да как и самый обычный диод и определить его можно лишь по маркировке да по схемному обозначению

Источник: http://radio-uchebnik.ru/txt/component/content/article?id=65:diod-shottki

Выпрямительные, типа PIN, поликристаллические, точечные, диоды с барьером Шотки и стабилитроны

89396

Выпрямительные, типа PIN, поликристаллические, точечные, диоды с барьером Шотки и стабилитроны

Доклад

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Выпрямительные: Выпрямительные диоды диоды предназначенные для преобразования переменного тока в постоянный. На смену электровакуумным диодам и игнитронам пришлидиоды из полупроводниковых материалов и диодные мосты четыре диода в одном корпусе. По максимально допустимому среднему прямому току диоды делятся на три группы: диоды малой мощности Iпр.

Русский

2015-05-12

69.14 KB

1 чел.

Выпрямительные, типа PIN, поликристаллические, точечные, диоды с барьером Шотки и стабилитроны.

-Выпрямительные:

Выпрямительные диоды — диоды, предназначенные для преобразования переменного тока в постоянный. На смену электровакуумным диодам и игнитронам пришлидиоды из полупроводниковых материалов и диодные мосты (четыре диода в одном корпусе). Обычно к быстродействию, ёмкости p-n перехода и стабильности параметров выпрямительных диодов не предъявляют специальных требований.

Основные параметры выпрямительных диодов:

  1.  среднее прямое напряжение Uпр.ср. при указанном токе Iпр.ср.;
  2.  средний обратный ток Iобр.ср. при заданных значениях обратного напряжения Uобр и температуры;
  3.  допустимое амплитудное значение обратного напряжения Uобр.макс.;
  4.  средний прямой ток Iпр.ср.;
  5.  частота без снижения режимов.

Частотный диапазон выпрямительных диодов невелик. При преобразовании промышленного переменного тока рабочая частота составляет 50 Гц, предельная частота выпрямительных диодов не превышает 20 кГц.

По максимально допустимому среднему прямому току диоды делятся на три группы: диоды малой мощности (Iпр.ср. ≤ 0,3 А), диоды средней мощности (0,3 А < Iпр.ср. < 10 А) и мощные (силовые) диоды (Iпр.ср. ≥ 10 А).

В состав параметров диодов входят диапазон температур окружающей среды (для кремниевых диодов обычно от -60 до +125 °С) и максимальная температура корпуса.

Среди выпрямительных диодов следует особо выделить диоды Шотки, создаваемые на базе контакта металл-полупроводник и отличающиеся более высокой рабочей частотой (для 1 МГц и более), низким прямым падением напряжения (менее 0,6 В).

Для повышения коэффициента полезного действия выпрямительные диоды включают по мостовой (реже полумостовой) схеме, чтобы питание нагрузки осуществлялось на протяжении обоих полупериодов.

-типа PIN:

PIN-диод — разновидность диода, в котором между областями электронной (n) и дырочной (p) проводимости находится собственный (нелегированный, англ. intrinsic) полупроводник(i-область). p и n области как правило легируются сильно, так как они часто используются для омического контакта к металлу.

Широкая нелегированная i-область делает pin-диод плохим выпрямителем (обычное применение для диода), но, с другой стороны, это позволяет использовать его в аттенюаторах (ослабителях сигнала), быстрых переключателях, фотодетекторах, а также в высоковольтной электронике.

Как правило предназначен для работы в сантиметровом диапазоне волн.

Принцип работы

Характерные качества pin-диода проявляются при работе в режиме сильной инжекции, когда i-область заполняется носителями заряда из сильнолегированных n+ и p+ областей, к которым прикладывается прямое смещение напряжения.

pin-диод функционально можно сравнить с ведром воды с отверстием сбоку: как только ведро наполняется до уровня отверстия, оно начинает протекать.

Точно так же и диод начинает пропускать ток, как только заполнится носителями заряда i-область.

Из-за того, что в i-области очень низкая концентрация носителей заряда, там практически отсутствуют процессы рекомбинации во время инжекции. Но в режиме прямого смещения концентрация носителей заряда на несколько порядков превышает собственную концентрацию.

Характеристики

На низких частотах для pin-диода справедливы те же уравнения, что и для обычного.

На высоких частотах pin-диод ведет себя как практически идеальный резистор — его вольт-амперная характеристика (ВАХ) линейна даже для очень большого значения напряжения.

На высоких частотах в i-области находится большое количество накопленного заряда, который позволяет диоду работать. На низких частотах заряд в i-области рекомбинирует и диод выключается.

Читайте также:  Антенна gsm своими руками

Реактивное сопротивление обратно пропорционально постоянному току, протекающему через pin-диод. Таким образом, можно варьировать значение сопротивления в широких пределах — от 0,1 Ом до 10 кОм — меняя постоянную составляющую тока.

Большая ширина i-области также означает, что pin-диод имеет небольшую ёмкость при обратном смещении.

Области пространственного заряда (ОПЗ) в pin-диоде практически полностью находятся в i-области. По сравнению с обычными, pin-диод имеет значительно бо́льшую ОПЗ, границы которой незначительно меняются в зависимости от приложенного обратного напряжения.

Таким образом увеличивается объем полупроводника, где могут быть образованы электронно-дырочные пары под воздействием излучения (например, оптического —фотона).

Некоторые фотодетекторы, такие как pin-фотодиоды и фототранзисторы (в которых переход база-коллектор является pin-диодом), используют pin-переход для реализации функции детектирования.

При проектировании pin-диода приходится искать компромисс: с одной стороны, увеличивая величину i-области (а соответственно, и количество накопленного заряда) можно добиться резистивного поведения диода на более низких частотах, но с другой стороны, при этом для рекомбинации заряда и перехода в закрытое состояние потребуется большее время. Поэтому, как правило, pin-диоды каждый раз проектируются под конкретное приложение.

-поликристаллические:

ПОЛИКРИСТАЛЛИ́ЧЕСКИЕ ПОЛУПРОВОДНИКИ́, полупроводниковые вещества в поликристаллическом состоянии. Представляют большой практический интерес, так как получение полупроводника в виде поликристаллического слитка или пленки технологически более простой и производительный процесс, удешевляющий полупроводниковые материалы и изготавливаемые на их основе приборы.

Поликристаллические полупроводники являются исходным сырьем для выращивания монокристаллов.

Основной проблемой при получении поликристаллических полупроводников является достижение максимальной чистоты, определяемой минимальными концентрациями неконтролируемых примесей или разностной концентрацией основных носителей заряда в сочетании с минимальной степенью компенсации. В отдельных случаях в полупроводниках лимитируют содержание некоторых примесей (кремния в полупроводниковых соединениях, кислорода и углерода в элементарных полупроводниках).

Поликристаллические полупроводниковые материалы имеют большие потенциальные возможности применения в микроэлектронике и производстве дешевых тонкопленочных солнечных батарей.

Прогресс технологий получения поликристаллических пленок уже позволил предложить много новых устройств:резисторов, диодов, биполярных и MOS-транзисторов.

Потенциальная полезность поликристаллических полупроводников зависит от кристаллического совершенства зерен и электронных свойств их границ.

Больше не нашел про поликристаллические диоды.

-точечный диод:

Точечный диод — это диод с очень малой площадью электрического перехода, который может быть получен вплавлением металлической иглы с нанесенной на неё примесью в полупроводниковую пластинку с определенным типом электропроводимости.

Благодаря малой площади p-n перехода, и как следствие маленькой ёмкости перехода, точечный диод обычно имеет предельную частоту около 300—600 МГц. При использовании более острой иглы без электроформовки получают точечные диоды с предельной частотой порядка десятков гигагерц.

Малая площадь p-n перехода обуславливает также и недостатки точечного диода: максимальное обратное напряжение обычно не превышает 3—5 В, максимальный ток также сильно ограничен. Исторически точечные диоды появились раньше плоскостных, но процессы в них происходящие значительно сложнее и до сих пор полностью не изучены.

Обратная ветвь вольт-амперной характеристики точечного диода имеет участок с отрицательным дифференциальным сопротивлением, обусловленный тепловым пробоем – этот участок называется “участком Лосева”, поскольку советский физик Лосев впервые в мире использовал в 1922 г. в схемах усилителей и генераторов (кристадины).

Практическое использование точечного диода в зоне участка Лосева для генерации или усиления сигналов нецелесообразно, поскольку имеется большой разброс значений отрицательного сопротивления и координат начала и конца участка в различных экземплярах.

Кроме того в таком режиме имеется малая стабильность параметров во времени и мал срок службы (из-за перенапряжённого режима); частотный предел в схемах с использованием участка Лосева невелик (десятки – сотни килогерц) из-за инерционности тепловых процессах в точечном диоде.

Но принципиально явление усиления и генерации двухполюсниками, впервые использованное в точечном диоде используется в диоде Ганна, туннельных диодах и др. Точечные диоды применяют в детекторах радиоприёмников для выделения низкочастотной составляющей из высокочастотного сигнала. Поскольку точечные диоды имеют малую ёмкость p-n перехода, то они ранее применялись в СВЧ-технике.

-диоды с барьером Шоттки:

Диод Шоттки — полупроводниковый диод с малым падением напряжения при прямом включении. Назван в честь немецкого физика Вальтера Шоттки.

Диоды Шоттки используют переход металл-полупроводник в качестве барьера Шоттки (вместо p-n перехода, как у обычных диодов).

Допустимое обратное напряжение промышленно выпускаемых диодов Шоттки ограничено 1200 В (CSD05120 и аналоги), на практике большинство диодов Шоттки применяется в низковольтных цепях при обратном напряжении порядка единиц и нескольких десятков вольт.

Структура детекторного Шотки диода : 1 — полупроводниковая подложка; 2 — эпитаксиальная плёнка; 3 — контакт металл — полупроводник; 4 — металлическая плёнка; 5 — внешний контакт.

Свойства диодов Шоттки

Достоинства

  1.  В то время, как обычные кремниевые диоды имеют прямое падение напряжения около 0,6—0,7 вольт, применение диодов Шоттки позволяет снизить это значение до 0,2—0,4 вольт. Столь малое прямое падение напряжения присуще только диодам Шоттки с максимальным обратным напряжением порядка десятков вольт, выше же падение напряжения становится сравнимым с аналогичным параметром кремниевых диодов, что ограничивает применение диодов Шоттки.
  2.  Барьер Шоттки также имеет меньшую электрическую ёмкость перехода, что позволяет заметно повысить рабочую частоту. Это свойство используется в интегральных микросхемах, где диодами Шоттки шунтируются переходы транзисторов логических элементов. В силовой электронике малое время восстановления позволяет строитьвыпрямители на частоты в сотни кГц и выше. Например, диод MBR4015 (15 В, 40 А), оптимизированный под высокочастотное выпрямление, нормирован для работы при dV/dt до 10 кВ/мкс.
  3.  Благодаря лучшим временны́м характеристикам и малым ёмкостям перехода выпрямители на диодах Шоттки отличаются от традиционных диодных выпрямителей пониженным уровнем помех, поэтому они предпочтительны в традиционных трансформаторных блоках питания аналоговой аппаратуры.

Недостатки

  1.  при кратковременном превышении максимального обратного напряжения диод Шоттки необратимо выходит из строя (КЗ — короткое замыкание), в отличие от обычных кремниевых p-n диодов, которые переходят в режим обратимого[1] пробоя, и, при условии непревышения рассеиваемой на диоде максимальной мощности после падения напряжения, диод полностью восстанавливает свои свойства.
  2.  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 ТО220обратный ток может превышать сотни миллиампер (MBR4015 — до 600 мА при +125 °C). При неудовлетворительных условиях теплоотвода положительная обратная связь по теплу в диоде Шоттки приводит к его катастрофическому перегреву.

-стабилитроны:

Полупроводнико́вый стабилитро́н, или диод Зенера — полупроводниковый диод, работающий при обратном смещении в режиме пробоя. До наступления пробоя через стабилитрон протекают незначительные токи утечки, а его сопротивление весьма высоко.

При наступлении пробоя ток через стабилитрон резко возрастает, а егодифференциальное сопротивление падает до величины, составляющей для различных приборов от долей Ома до сотен Ом[1].

Поэтому в режиме пробоя напряжение на стабилитроне поддерживается с заданной точностью в широком диапазоне обратных токов[2].

Основное назначение стабилитронов — стабилизация напряжения. Серийные стабилитроны изготавливаются на напряжения от 1,8 В до 400 В.

 Интегральныестабилитроны со скрытой структурой на напряжение около 7 В являются самыми точными и стабильными твердотельными источниками опорного напряжения: лучшие их образцы приближаются по совокупности показателей к нормальному элементу Вестона.

Особый тип стабилитронов, высоковольтные лавинные диоды («подавители переходных импульсных помех», «суппрессоры», «TVS-диоды») применяется для защиты электроаппаратуры от перенапряжений.

Туннельный, или зенеровский, пробой возникает в полупроводнике только тогда, когда напряжённость электрического поля в p-n-переходе достигает уровня в 106 В/см.

Такие уровни напряжённости возможны только в высоколегированных диодах (структурах p+-n+-типа проводимости) с напряжением пробоя не более шестикратной ширины запрещённой зоны (6 EG ≈ 6,7 В), при этом в диапазоне от 4 EG до 6 EG (4,5…6,7 В) туннельный пробой сосуществует с лавинным, а при напряжении пробоя менее 4 EG (≈4,5 В) полностью вытесняет его.

С ростом температуры перехода ширина запрещённой зоны, а вместе с ней и напряжение пробоя, уменьшается: низковольтные стабилитроны с преобладанием туннельного пробоя имеют отрицательный температурный коэффициент напряжения (ТКН).

В диодах с меньшими уровнями легирования, или меньшими градиентами легирующих примесей, и, как следствие, бо́льшими напряжениями пробоя наблюдается лавинный механизм пробоя.

Он возникает при концентрациях примесей, примерно соответствующих напряжению пробоя в 4 EG (≈4,5 В), а при напряжениях пробоя выше 4 EG (≈7,2 В) полностью вытесняет туннельный механизм.

Напряжение, при котором возникает лавинный пробой, с ростом температуры возрастает, а наибольшая величина ТКН пробоя наблюдается в низколегированных, относительно высоковольтных, переходах.

Основные характеристики стабилитрона

– Токи и напряжения стабилизации –  ток стабилизации (Iст) и напряжение стабилизации (Uст) стабилитрона как значения постоянных напряжений и токов в режиме стабилизации

– Дифференциальное сопротивление – равно отношению приращения напряжения стабилизации к приращению тока стабилизации в точке с заданным (обычно номинальным) током стабилизации

– Температурный коэффициент напряжения – «отношение относительного изменения напряжения стабилизации к абсолютному изменению температуры окружающей среды» при заданном постоянном токе стабилизации

Источник: http://5fan.ru/wievjob.php?id=89396

Диод Шоттки – принцип работы, назначение :

Диод Шоттки – это полупроводниковый прибор (диод) реализованный за счет контакта металл-полупроводник. Свое имя получил в честь немецкого физика Вальтера Шоттки.

Особенности диодов Шоттки

В 1938 г. ученым была создана основа теории этих полупроводниковых приборов. Вместо p-n перехода в таких диодах в качестве барьера применен металл-полупроводник. Область полупроводникового материала объединена основными носителями. В месте контакта начинает формироваться область заряда ионизованных акцепторов.

В результате в районе перехода возникает потенциальный барьер, который получил название барьера Шоттки. Изменение его уровня приводит к изменению значения тока, протекающему сквозь диод Шоттки.

Главной особенностью таких полупроводниковых приборов считается низкий уровень понижения прямого напряжения после p-n перехода, а также отсутствие уровня заряда обратного восстановления.

Диоды Шоттки работают в диапазоне температур от минус 650 до плюс 1600 по Цельсию, значение допустимого обратного напряжения выпускаемых в промышленности диодов ограничено 250 В.

Однако широкое применение эти приборы получили в промышленной электронике в низковольтных цепях, обратное напряжение которых ограничено пределом до десятков вольт. Диод Шоттки позволяет получать необходимое значение потенциального барьера путем подбора нужного металла.

Достаточно низкий уровень высокочастотного шума позволяет использовать такие диоды в импульсных блоках питания, в цифровой аппаратуре, в качестве приемников излучения, модуляторов света, в трансформаторных блоках аналоговой аппаратуры. Они нашли широкое применение при конструировании солнечных батарей.

Принцип барьера Шоттки используют при проектировании и изготовлении быстродействующих СВЧ-диодов. Диод Шоттки конструктивно исполнен в стеклянном, пластмассовом и металлическом корпусах. Также эти приборы выпускаются в SMD-корпусах.

Достоинства и недостатки

Их достоинством, в отличие от кремниевых диодов, является довольно низкое падение напряжения (до 0,2-0,4 вольт). Такое малое значение падения характерно исключительно для диодов Шоттки. Барьер Шоттки тоже имеет меньшее значение электрической емкости перехода, это позволяет заметно повышать рабочую частоту прибора.

Также эти устройства характеризуются пониженным значением уровня помех. Диод Шоттки имеет и ряд недостатков. Главным является высокая чувствительность к кратковременным скачкам обратного тока и напряжения, в результате чего происходит короткое замыкание, а диод перегорает.

Читайте также:  Идеальная программа на с для мк - продолжение

Также диоды такого типа характеризуются увеличением значения обратного тока при повышении температуры кристалла.

По мощности эти полупроводниковые приборы можно разбить на три группы: маломощные (проходной ток их не превышает 3-5 ампер), средней мощности (до 10 ампер) и мощные (ток достигает 60 ампер).

Мощные диоды Шоттки используются для работы в приборах, служащих для выпрямления переменного тока. Они обеспечивают прохождение прямого тока, достигающего десятков ампер. При этом падение напряжения на диоде составляет всего 0,5-1 В.

Допустимое же значение обратного напряжения в диодах Шоттки –  200-500 В.

Источник: https://www.syl.ru/article/116137/diod-shottki—printsip-rabotyi-naznachenie

Диод Шоттки

Диод Шоттки – это полупроводниковый электрический выпрямительный элемент, где в качестве барьера используется переход металл-полупроводник. В результате приобретаются полезные свойства: высокое быстродействие и малое падение напряжения в прямом направлении.

Из истории открытия диодов Шоттки

Выпрямительные свойства перехода металл-полупроводник впервые замечены в 1874 году Фердинандом Брауном на примере сульфидов.

Пропуская ток в прямом и обратном направлении, он отметил разницу в 30%, что в корне противоречило известному закону Ома.

Браун не смог объяснить происходящего, но, продолжив исследования, установил, что и сопротивление участка пропорционально протекающему току. Что также выглядело необычно.

Выпрямительный диод

Опыты повторились физиками. К примеру, Вернер Сименс отметил похожие свойства селена. Браун установил, что свойства конструкции проявляются наиболее ярко при небольшом размере контактов, приложенных к кристаллу сульфида. Исследователь применял:

  • подпружиненную проволоку с давлением 1 кг;
  • ртутный контакт;
  • металлизированную медью площадку.

Так на свет появился точечный диод, в 1900 году помешавший нашему соотечественнику Попову взять патент на детектор для радио. В собственных работах Браун излагает исследования марганцевой руды (псиломелана).

Прижав контакты к кристаллу струбциной и изолировав губки от токонесущей части, учёный получил превосходные результаты, но применения эффекту в то время не нашлось.

Описав, необычные свойства сульфида меди, Фердинанд положил начало твердотельной электронике.

За Брауна практическое применение нашли единомышленники. Профессор Джагдиш Чандра Бос сообщил 27 апреля 1899 года о создании первого детектора-приёмника для работы в паре с радиопередатчиком.

Он использовал галенит (оксид свинца) в паре с простым проводом и поймал волны миллиметрового диапазона. В 1901 году запатентовал своё детище. Не исключено, что под влиянием слухов о Попове. Детектор Боса использован в первой трансатлантической радиопередаче Маркони.

Аналогичного рода устройства на кристалле кремния запатентовал в 1906 году Гринлиф Уиттер Пиккард.

Гринлиф Уиттер Пиккард

В своей речи на вручении Нобелевской премии в 1909 году Браун отметил, что не понимает принципов открытого им явления, зато обнаружил целый ряд материалов, проявляющих новые свойства.

Это уже упомянутый выше галенит, пирит, пиролюзит, тетраэдрит и ряд прочих. Перечисленные материалы привлекли внимание по простой причине: проводили электрический ток, хотя считались соединениями элементов таблицы Менделеева.

Прежде подобные свойства считались прерогативой простых металлов.

Наконец, в 1926 году уже появились первые транзисторы с барьером Шоттки, а теорию под явление подвёл Уильям Брэдфорд Шокли в 1939 году.

Тогда же Невилл Франсис Мот объяснил явления, происходящие в на стыке двух материалов, вычислив ток диффузии и дрейфа основных носителей заряда.

Вальтер Шоттки дополнил теорию, заменив линейное электрическое поле затухающим и добавив представление о донорах ионов, расположенных в приповерхностном слое полупроводника. Объёмный заряд на границе раздела под слоем металла назвали именем учёного.

Схожие попытки подведения теории под имеющийся факт предпринимал Давыдов в 1939 году, но неправильно дал лимитирующие факторы для тока и допустил прочие ошибки.

Самые правильные выводы сделал Ханс Альбрехт Бете в 1942 году, увязавший ток с термоэлектронной эмиссией носителей сквозь потенциальный барьер на границе двух материалов.

Таким образом, современное название явления и диодов должно бы носить имя последнего учёного, теория Шоттки обнаруживала изъяны.

Учёный Шоттки

Теоретические исследования упираются в сложность измерения работы выхода электронов из материала в вакуум. Даже для химически инертного и стабильного металла золота определённые показания разнятся от 4 до 4,92 эВ. При высокой степени вакуума, в отсутствие ртути от насоса или масляной плёнки, получаются значения в 5,2 эВ. С развитием технологии в будущем предвидятся значения точнее.

Иным вариантом решения станет использование сведений об электроотрицательности материалов для правильного предсказания событий на границе перехода. Эти величины (по шкале Поллинга) известны с точностью до 0,1 эВ. Из сказанного понятно: сегодня правильно предсказать высоту барьера по указанным методикам и, следовательно, выпрямительные свойства диодов Шоттки не представляется возможным.

Лучшие способы определения высоты барьера Шоттки

Высоту допустимо определить по известной формуле (см. рис). Где С – коэффициент, слабо зависящий от температуры. Зависимость от приложенного напряжения Va, несмотря на сложную форму считается почти линейной. Угол наклона графика составляет q/ kT. Высоту барьера определяют по графику зависимости lnJ от 1/Т при фиксированном напряжении. Расчёт ведётся по углу наклона.

Формула для расчётов

Альтернативный метод состоит в облучении перехода металл-полупроводник светом. Используются способы:

  1. Свет проходит через толщу полупроводника.
  2. Свет падает прямо на чувствительную площадку фотоэлемента.

Если энергия фотона укладывается в промежуток энергий между запрещённой зоной полупроводника и высотой барьера, наблюдается эмиссия электронов из металла.

Когда параметр выше обоих указанных величин, выходной ток резко возрастает, что легко заметно на установке для эксперимента.

Указанный метод позволяет установить, что работы выхода для одинакового полупроводника, с разными типами типами проводимости (n и p), в сумме дают ширину запрещённой зоны материала.

Новым методом для определения высоты барьера Шоттки служит измерение ёмкости перехода в зависимости от приложенного обратного напряжения. График показывает вид прямой, пересекающей ось абсцисс в точке, характеризующей искомую величину.

Результат экспериментов сильно зависит от качества подготовки поверхности.

Изучение технологических методов обработки показывает, что травление в плавиковой кислоте оставляет на образце из кремния слой оксидной плёнки толщиной 10 — 20 ангстрем.

Неизменно отмечается эффект старения. Меньше характерен для диодов Шоттки, образованных путём скола кристалла. Высоты барьеров отличаются для конкретного материала, в отдельных случаях сильно зависят от электроотрицательности металлов.

Для арсенида галлия фактор почти не проявляется, в случае с сульфидом цинка играет решающую роль. Зато в последнем случае слабое действие оказывает качество подготовки поверхности, для GaAs это крайне важно.

Сульфид кадмия находится в промежуточном положении относительно указанных материалов.

При исследовании оказалось, что большинство полупроводников ведёт себя подобно GaAs, включая кремний.

Мид объяснил это тем, что на поверхности материала образуется ряд формаций, где энергия электронов лежит в области трети запрещённой зоны от зоны валентности. В результате при контакте с металлом уровень Ферми в последнем стремится занять схожее положение.

История повторяется с любым проводником. Одновременно высота барьера становится разницей между уровнем Ферми и краем зоны проводимости в полупроводнике.

Преимущества диодов Шоттки

Не секрет, что диоды Шоттки служат выпрямителями на выходе импульсных блоков питания. Производители упирают на то, что потери мощности и нагрев в этом случае намного ниже. Установлено, что падение напряжения при прямом включении на диоде Шоттки меньше в 1,5 – 2 раза, нежели в любом типе выпрямителей. Попробуем объяснить причину.

Рассмотрим работу обычного p-n-перехода. При контакте материалов с двумя разными типами проводимости начинается диффузия основных носителей за границу контакта, где они уже не основные. В физике это называется запирающим слоем.

Если на n-область подать положительный потенциал, основные носители электроны моментально притянутся в выводу. Тогда запирающий слой расширится, ток не течёт.

При прямом включении основные носители, напротив, наступают на запирающий слой, где активно с ним рекомбинируют. Переход открывается, течёт ток.

Выходит, ни открыть, ни закрыть простой диод мгновенно не получится. Идут процессы образования и ликвидация запирающего слоя, требующие времени. Диод Шоттки ведёт себя чуть по-иному.

Приложенное прямое напряжение открывает переход, но инжекции дырок в n-полупроводник практически не происходит, барьер для них велик, в металле таких носителей мало.

При обратном включении в сильно легированных полупроводниках способен течь туннельный ток.

Читатели, ознакомленные с темой Светодиодное освещение, уже в курсе, что первоначально в 1907 году Генри Джозеф Раунд сделал открытие на кристаллическом детекторе. Это диод Шоттки в первом приближении: граница металла и карбида кремния. Разница в том, что сегодня используют полупроводник n-типа и алюминий.

Диод Шоттки умеет не только светиться: для этих целей используют p-n-переход. Контакт металл-полупроводник не всегда становится выпрямляющим. В последнем случае называется омическим и входит в состав большинства транзисторов, где его паразитные эффекты излишни и вредны.

Каким будет переход, зависит от высоты барьера Шоттки. При больших значениях параметра, превышающих температурную энергию, появляются выпрямительные свойства. Свойства определяется разностью работы выхода металла (в вакууме) и полупроводника, либо электронным сродством.

Свойства перехода зависят от применяемых материалов и от геометрических размеров. Объёмный заряд в рассматриваемом случае меньше, нежели при контакте двух полупроводников разного типа, значит, время переключения значительно снижается. В типичном случае укладывается в диапазон от сотен пс до десятков нс.

Для обычных диодов минимум на порядок выше. В теории это выглядит как отсутствие повышения уровня барьера при приложенном обратном напряжении. Легко объяснить и малое падение напряжения тем, что часть перехода составлена чистым проводником.

Актуально для приборов, рассчитанных на сравнительно низкие напряжения в десятки вольт.

Сообразно свойствам диодов Шоттки они находят широкое применение в импульсных блоках питания для бытовой техники. Это позволяет снизить потери, улучшить тепловой режим работы выпрямителей.

Малая площадь перехода обусловливает низкие напряжения пробоя, что слегка компенсируется увеличением площади металлизации на кристалле, охватывающей часть изолированной оксидом кремния области.

Эта площадь, напоминающая конденсатор, при обратном включении диода обедняет прилегающие слои основными носителями заряда, значительно улучшая показатели.

Благодаря быстродействию диоды Шоттки активно применяются в интегральных схемах, нацеленных на использование высоких частот — рабочих и частот синхронизации.

Источник: https://VashTehnik.ru/enciklopediya/diod-shottki.html

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector