Diodos Schottky - dispositivo, tipos, características y uso

Los diodos Schottky, o más precisamente los diodos de barrera Schottky, son dispositivos semiconductores hechos sobre la base de un contacto metal-semiconductor, mientras que los diodos convencionales usan una unión pn semiconductora.

El diodo Schottky debe su nombre y su aparición en la electrónica al físico alemán Walter Schottky, quien en 1938, estudiando el recién descubierto efecto barrera, confirmó la teoría anterior según la cual incluso la emisión de electrones del metal se veía obstaculizada por la barrera de potencial. , pero con el campo eléctrico externo aplicado esta barrera disminuirá. Walter Schottky descubrió este efecto, que entonces se llamó efecto Schottky, en honor al científico.

Lado físico

Al examinar el contacto entre el metal y el semiconductor, se puede ver que si cerca de la superficie del semiconductor hay una región agotada en la mayoría de los portadores de carga, entonces en la región de contacto de este semiconductor con el metal en el lado del semiconductor , se forma una zona espacial cargada a partir de aceptores y donantes ionizados y se produce un contacto de bloqueo: la propia barrera de Schottky... ¿Bajo qué condiciones se produce esta barrera? La corriente de radiación termoiónica de la superficie de un sólido está determinada por la ecuación de Richardson:

Creemos condiciones en las que cuando un semiconductor, por ejemplo de tipo n, esté en contacto con un metal, la función de trabajo termodinámico de los electrones del metal sea mayor que la función de trabajo termodinámico de los electrones del semiconductor. En tales condiciones, según la ecuación de Richardson, la corriente de radiación termoiónica de la superficie del semiconductor será mayor que la corriente de radiación termoiónica de la superficie del metal:

En el momento inicial, al contacto de estos materiales, la corriente del semiconductor al metal excederá la corriente inversa (del metal al semiconductor), como resultado de lo cual en las regiones cercanas a la superficie de los semiconductores y metal, las cargas espaciales comenzarán a acumularse, positivas en el semiconductor y negativas, en el metal. En la zona de contacto surgirá un campo eléctrico formado por estas cargas y se producirá una flexión de las bandas de energía.

Bajo la acción del campo, la función de trabajo termodinámico para el semiconductor aumentará y el aumento continuará hasta que las funciones de trabajo termodinámico y las correspondientes corrientes de radiación termoiónica aplicadas a la superficie se igualen en la región de contacto.

La imagen de la transición a un estado de equilibrio con la formación de una barrera de potencial para el semiconductor de tipo p y el metal es similar al ejemplo considerado con el semiconductor de tipo n y el metal. El papel del voltaje externo es regular la altura de la barrera potencial y la fuerza del campo eléctrico en la región de carga espacial del semiconductor.

La figura anterior muestra los diagramas de área de las diversas etapas de formación de la barrera de Schottky. En condiciones de equilibrio en la zona de contacto, las corrientes de emisión térmica se igualan, por efecto del campo, aparece una barrera de potencial, cuya altura es igual a la diferencia entre las funciones termodinámicas de trabajo: φk = FMe — Фп / п.

Obviamente, la característica corriente-voltaje de la barrera de Schottky resulta ser asimétrica. En la dirección directa, la corriente aumenta exponencialmente con el voltaje aplicado. En sentido contrario, la corriente no depende del voltaje, en ambos casos la corriente es impulsada por electrones como principales portadores de carga.

Por lo tanto, los diodos Schottky se distinguen por su velocidad, ya que excluyen procesos difusos y de recombinación que requieren tiempo adicional. La dependencia de la corriente con respecto al voltaje está relacionada con un cambio en el número de portadores, ya que estos están involucrados en el proceso de transferencia de carga. El voltaje externo cambia la cantidad de electrones que pueden pasar de un lado de la barrera de Schottky al otro lado.

Debido a la tecnología de fabricación y en base al principio de funcionamiento descrito, los diodos Schottky tienen una baja caída de tensión en la dirección directa, mucho menor que la de los diodos p-n tradicionales.

Aquí, incluso una pequeña corriente inicial a través del área de contacto conduce a la liberación de calor, lo que contribuye a la aparición de portadores de corriente adicionales. En este caso, no hay inyección de portadores de carga minoritarios.

Por lo tanto, los diodos Schottky no tienen capacitancia difusa ya que no hay portadores minoritarios y, como resultado, la velocidad es bastante alta en comparación con los diodos semiconductores. Resulta ser una apariencia de una unión p-n asimétrica aguda.

Así, en primer lugar, los diodos Schottky son diodos de microondas para varios propósitos: detectores, de mezcla, de tránsito de avalanchas, paramétricos, pulsados, multiplicadores. Los diodos Schottky se pueden utilizar como detectores de radiación, galgas extensométricas, detectores de radiación nuclear, moduladores de luz y, finalmente, rectificadores de alta frecuencia.

Designación de diodo Schottky en diagramas

Diodo Schottky hoy

Hoy en día, los diodos Schottky se utilizan ampliamente en dispositivos electrónicos. En los diagramas, se representan de manera diferente a los diodos convencionales. A menudo puede encontrar rectificadores Schottky duales fabricados en la carcasa de tres pines típica de los interruptores de alimentación. Estas estructuras duales contienen dos diodos Schottky en su interior, unidos por cátodos o ánodos, más a menudo que cátodos.

Los diodos en el conjunto tienen parámetros muy similares, ya que cada uno de estos nodos se produce en un ciclo tecnológico y, como resultado, su temperatura de operación es la misma y la confiabilidad es mayor. Una caída de voltaje sostenida de 0.2-0.4 voltios junto con una alta velocidad (unidades de nanosegundos) son las ventajas indudables de los diodos Schottky sobre sus contrapartes p-n.

La peculiaridad de la barrera de Schottky en diodos, en relación con una baja caída de voltaje, se manifiesta en voltajes aplicados de hasta 60 voltios, aunque la velocidad se mantiene constante. Hoy en día, los diodos Schottky del tipo 25CTQ045 (para voltajes de hasta 45 voltios, para corrientes de hasta 30 amperios por cada par de diodos en el conjunto) se pueden encontrar en muchas fuentes de alimentación conmutadas, donde sirven como rectificadores para corrientes de hasta varios cien kilohercios.

Es imposible no tocar el tema de las desventajas de los diodos Schottky, por supuesto que lo son y hay dos. Primero, un exceso a corto plazo del voltaje crítico desactivará inmediatamente el diodo. En segundo lugar, la temperatura afecta fuertemente la corriente inversa máxima. A una temperatura de unión muy alta, el diodo simplemente se romperá incluso cuando opere a la tensión nominal.

Ningún radioaficionado puede prescindir de los diodos Schottky en su práctica. Los diodos más populares se pueden observar aquí: 1N5817, 1N5818, 1N5819, 1N5822, SK12, SK13, SK14. Estos diodos están disponibles en versiones de salida y SMD. Lo principal que tanto aprecian los radioaficionados es su alta velocidad y baja caída de tensión en la unión —un máximo de 0,55 voltios— a un bajo coste de estos componentes.

Un PCB raro prescinde de los diodos Schottky para un propósito u otro. En algún lugar, el diodo Schottky sirve como un rectificador de baja potencia para el circuito de retroalimentación, en algún lugar, como un estabilizador de voltaje al nivel de 0.3 - 0.4 voltios, y en algún lugar es un detector.

En la siguiente tabla puedes ver los parámetros de los diodos Schottky de baja potencia más comunes en la actualidad.