Schottky dioda

Schottky dioda je polovodičový elektrický usměrňovací prvek, kde se jako bariéra používá přechod kov-polovodič.V důsledku toho se získávají užitečné vlastnosti: vysoká rychlost a pokles napětí v dopředném směru.

Z historie objevu Schottkyho diod

Opravné vlastnosti kov-polovodičového přechodu byly poprvé pozorovány v roce 1874 Ferdinandem Brownem, který použil příklad sulfidů.Předáním proudu v dopředném a reverzním směru zaznamenal rozdíl o 30%, který zásadně odporoval slavnému zákonu Ohmu. Brown nedokázal vysvětlit, co se děje, ale poté, co pokračoval ve výzkumu, zjistil, že odpor úseku byl úměrný proudu proudícím. Který vypadal také neobvyklý.

Pokusy opakované fyziky. Například Werner Siemens poznamenal podobné vlastnosti selenu. Brown zjistil, že vlastnosti struktury se nejčastěji objevují malým množstvím kontaktů připojených k sulfidovému krystalu. Výzkumník použil: pružinový drát

• s tlakem 1 kg;Kontakt s rtutí
• ;
• měděná metalizovaná podložka.

Tak vznikla bodová dioda, v roce 1900 zabránila našemu krajanovi Popovi, aby vzal patent na rádiový detektor. Ve své práci Brown předkládá studii o manganové rudě( psilomelane).Stisknutím kontaktů na krystal se svorkou a izolací houby z části, která nese proud, vědec získal vynikající výsledky, ale v té době nebyl nalezen žádný účinek. Popisuje neobvyklé vlastnosti sulfidu mědi a Ferdinand označil začátek elektroniky v polovodičové struktuře.

Pro společnost Braun bylo praktické využití nalezeno stejnojmennými lidmi. Profesor Jagdish Chandra Bose oznámil 27. dubna 1899 vytvoření prvního detektoru / přijímače, který by pracoval ve spojení s vysílačem. Používal galenu( oxid olova) v páru s jednoduchým drátem a ulovil milimetrové vlnové vlny. V roce 1901 patentoval svůj brainchild. Je možné, že pod vlivem pověstí o Popově.Detektor Bosch se používá v prvním transatlantickém rozhlasovém programu společnosti Marconi. Podobný druh zařízení na silikonovém krystalu byl patentován v roce 1906 Greenleaf Witter Pickard.

Ve svém projevu na Nobelovu cenu v roce 1909 Brown uvedl, že nerozuměl zásadám tohoto fenoménu, který objevil, ale objevil řadu materiálů s novými vlastnostmi. Toto je výše uvedená galena, pyrit, pyrolusit, tetrahedrit a řada dalších. Uvedené materiály přitahovaly pozornost z jednoduchého důvodu: prováděli elektrický proud, ačkoli byly považovány za součásti prvků periodické tabulky. Předtím, než byly tyto vlastnosti považovány za výsadu jednoduchých kovů.

Konečně, v roce 1926 se objevily první tranzistory s bariérou Schottky a William Bradford Shockley v roce 1939 přinesl teorii pod fenomén. Zároveň Neville Francis Mot vysvětlil jevy, k nimž dochází na křižovatce dvou materiálů, výpočtem difuzního proudu a posunu hlavních nosičů náboje. Walter Schottky doplnil teorii nahrazením lineárního elektrického pole tlumením a přidáním představy iontových dárců umístěných v povrchové vrstvě polovodičů.Objemový náboj na rozhraní pod kovovou vrstvou byl pojmenován podle vědce.

Davydov učinil podobné pokusy shrnout teorii o stávajícím faktu v roce 1939, ale nesprávně dal omezující faktory pro proud a udělal další chyby. Nejpravdivější závěry provedl Hans Albrecht Bethe v roce 1942, který propojil proud s termionickými emisemi nosičů prostřednictvím potenciální bariéry na hranici dvou materiálů.Takže moderní název fenoménu a diod by měl být jméno posledního vědce, teorie Schottky odhalila chyby.

Teoretické studie spočívají na obtížnosti měření pracovní funkce elektronů z materiálu do vakua. Dokonce i pro chemicky inertní a stabilní kov ze zlata se určité indikace pohybují od 4 do 4,92 eV.Při vysokém stupni vakua, při absenci rtuti z čerpadla nebo olejového filmu, se dosáhne hodnoty 5,2 eV.S rozvojem technologie v budoucnosti se hodnoty předvídají přesněji. Dalším řešením by bylo použití informací o elektronegativitě materiálů, které by správně předpověděly události na hranici přechodu. Tyto hodnoty( na stupnici Polling) jsou známy s přesností 0,1 eV.Z toho, co bylo řečeno, je zřejmé: dnes není možné správně předpovídat výšku bariéry uvedenými metodami, a tedy i opravnými vlastnostmi Schottkyho diod.

Nejlepší způsob, jak určit výšku bočnice Schottky

Je přípustné určit výšku podle známého vzorce( viz obrázek).Kde C je koeficient mírně závislý na teplotě.Závislost na aplikovaném napětí Va, navzdory jeho složitému tvaru, je považována za téměř lineární.Úhel grafu je q / kT.Výška bariéry je stanovena podle grafu lnJ versus 1 / T při pevném napětí.Výpočet se provádí na úhlu sklonu.

Alternativní metodou je ozařování kovově-polovodičového přechodu světlem. Používají se následující metody:

1. Světlo prochází polovodičem.
2. Světlo dopadá přímo na citlivou oblast světelné závory.

Pokud fotonová energie spadá do mezery energie mezi zakázanou zónou polovodiče a výškou bariéry, pozoruje se elektronová emise z kovu. Pokud je parametr vyšší než obě tyto hodnoty, výstupní proud prudce stoupá, což je zřejmé z nastavení experimentu. Tato metoda umožňuje zjistit, že pracovní funkce pro stejný polovodič, s různými typy vodivosti( n a p), celkově udává šířku zakázané zóny materiálu.

Nová metoda pro určení výšky Schottkyho bariéry je měřit kapacitu spojení v závislosti na použitém zpětném napětí.Graf zobrazuje tvar přímky protínající osu osy úsečky v místě charakterizujícího požadovanou hodnotu. Výsledek pokusů silně závisí na kvalitě přípravy povrchu. Studie metod technologického zpracování ukazuje, že leptání v kyselině fluorovodíkové opouští vrstva oxidu filmu o tloušťce 10-20 angstromů na vzorku křemíku.

Účinnost stárnutí je důsledně zaznamenávána. Méně charakteristické pro Schottky diody tvořené štěpením krystalu. Výška bariér se u konkrétního materiálu liší, v některých případech jsou silně závislé na elektřině záření kovů.U arzenidu galiového se faktor téměř nevyskytuje, v případě sulfidu zinečnatého hraje zásadní roli. Ale v druhém případě má kvalita přípravy povrchu slabý účinek, protože pro GaAs je to nesmírně důležité.Sulfid kadmia je v mezilehlé poloze vzhledem k těmto materiálům.

Ve studii se ukázalo, že většina polovodičů se chová jako GaAs, včetně křemíku. Mead to vysvětlil skutečností, že se na povrchu materiálu vytváří řada tvarů, kde energie elektronu leží v oblasti jedné třetiny pásma mezery z valenční zóny. Jako výsledek, v kontaktu s kovem, úroveň Fermi v posledně jmenované má tendenci zaujímat podobnou pozici. Historie se opakuje s jakýmkoli průvodcem. Současně se výška bariéry stává rozdílem mezi úrovní Fermi a okrajem vodivého pásma v polovodiči.

Silná elektronegativita kovu je pozorována u materiálů s výraznými iontovými vazbami. Jedná se především o čtyřmocný oxid křemičitý a sulfid zinečnatý.Tento fakt je vysvětlen absencí formací, které ovlivňují úroveň Fermi v kovu. Závěrem dodáváme, že vyčerpávající teorie o dnešním problému není vytvořena.

Výhody Schottkych diod

Není žádným tajemstvím, že Schottky diody slouží jako usměrňovače na výstupu spínaných napájecích zdrojů.Výrobci spočívají na tom, že ztráta energie a teplo jsou v tomto případě mnohem nižší.Je zjištěno, že pokles napětí v přímé přípojce na Schottkyho diodě je 1,5 - 2 krát menší než u jakéhokoli typu usměrňovačů.Pokusme se vysvětlit důvod.

Zvažte práci normální pn-křižovatky. Když materiály přicházejí do styku se dvěma různými typy vodivosti, difúze hlavních nosičů začíná za hranicí kontaktu, kde již nejsou hlavní.Ve fyzice se to nazývá bariérová vrstva. Pokud se pozitivní potenciál uplatní na n-oblast, hlavní elektronové nosiče budou okamžitě přitahovány k výstupu. Potom se bariérová vrstva rozšiřuje, proud neteče. S přímým začleněním, hlavní nosiče naopak napadají bariérovou vrstvu, kde se s ní aktivně rekombinují.Přechod se otevírá, aktuální toky.

Ukázalo se, že otevření ani zavření jednoduché diody okamžitě nezdaří.Existují procesy tvorby a odstranění bariérové ​​vrstvy, což vyžaduje čas. Schottkyova dioda se chová trochu jinak. Použitelné stejnosměrné napětí otevírá přechod, ale injekce otvorů do n-polovodičů prakticky nedochází, bariéra pro ně je velká, existuje jen málo těchto nosičů v kovu. S reverzním začleněním do silně dopovaného polovodiče, který je schopen proudit tunelový proud.

čtenáři, obeznámeni s tématem LED osvětlení, již vědí, že původně v roce 1907 Henry Joseph Round objevil detektor krystalů.Jedná se o Schottky dioda v prvním přiblížení: hranice kovu a karbidu křemíku. Rozdíl spočívá v tom, že dnes používají n-typ polovodičů a hliník.

Schottky dioda může nejen žhnoucí: pro tyto účely používají pn-křižovatku. Kontakt s kovem a polovodičem se vždy neopravuje. Ve druhém případě se nazývá ohmický a je součástí většiny tranzistorů, kde jeho parazitní účinky jsou nadbytečné a škodlivé.Co bude přechod záviset na výšce schottky bariéry. Při velkých hodnotách parametru, které překračují teplotu, se objevují rektifikační vlastnosti. Vlastnosti jsou dány rozdílem v pracovní funkci kovu( ve vakuu) a polovodiči, nebo elektronovou afinitou.

Přechodové vlastnosti závisí na použitých materiálech a geometrických rozměrech. Objemová zátěž je v tomto případě menší než při kontaktu dvou polovodičů různých typů, což znamená, že doba spínání je výrazně snížena. V typickém případě se pohybuje v rozmezí od stovek ps až desítek ns. U běžných diod nejméně o řád vyšší.Teoreticky to vypadá jako nepřítomnost zvýšení úrovně bariéry s aplikovaným zpětným napětím. Je snadné vysvětlit malý pokles napětí skutečností, že část přechodu je složena z čistého vodiče. Aktuální u zařízení určených pro poměrně nízké napětí desítek voltů.

Podle vlastností Schottkyho diod jsou široce používány při spínání napájecích zdrojů pro domácí spotřebiče. To umožňuje snížit ztráty, zlepšit tepelný režim provozu usměrňovačů.Malá oblast přechodu způsobuje nízké napětí při rozbití, což je nepatrně vyrovnáno zvýšením plochy metalizace na krystalu, který zahrnuje část oblasti izolované oxidem křemičitým. Tato oblast připomínající kondenzátor, když je dioda znovu zapnuta, ochlazuje přilehlé vrstvy s hlavními nosiči náboje a výrazně zlepšuje výkon.

Díky své rychlosti jsou Schottky diody aktivně využívány v integrovaných obvodech zaměřených na používání vysokých kmitočtů - frekvence provozu a synchronizace.