Schottky-diodi

Schottky -diodi on puolijohde-sähköinen tasasuuntaajaelementti, jossa esteenä käytetään metalli-puolijohdemuutosta. Tämän tuloksena saadaan käyttökelpoisia ominaisuuksia: suuri nopeus ja matala jännite laskevat eteenpäin.

Schottky-diodien löytämisen historiasta

Metalli-puolijohdemuutoksen oikaisuominaisuudet havaittiin ensin vuonna 1874 Ferdinand Brownin avulla käyttäen esimerkkejä sulfideista. Se, että nykyinen kulkee eteenpäin ja taaksepäin, huomasi 30 prosentin eron, joka oli pohjimmiltaan ristiriidassa Ohmin kuuluisan lain kanssa. Brown ei voinut selittää, mitä on tapahtunut, mutta kun hän on jatkanut tutkimusta, hän havaitsi, että osan kestävyys on verrannollinen virtaavaan virtaan. Joka näytti myös epätavalliselta.

Fyysikkojen toistamat kokeet. Esimerkiksi Werner Siemens havaitsi seleenin samankaltaisia ​​ominaisuuksia. Brown havaitsi, että rakenteen ominaisuudet näkyvät selkeimmin pienellä määrällä kontakteja, jotka on kiinnitetty sulfidikiteeseen. Käytetty tutkija:

• -jousikuormitettu johto, jonka paine oli 1 kg;
• -elohopeakontakti;
• kuparimetalloitu tyyny.

Niinpä pisteidiodi syntyi, vuonna 1900 estettiin maanmiehemme Popov ottamasta patenttia radiotunnistimelle. Brown esittelee omassa työssään tutkimuksen mangaanimalmista( psilomelaani).Painamalla koskettimia kiteen kanssa puristimella ja eristämällä sienen virtausosasta, tutkija sai erinomaisia ​​tuloksia, mutta tuolloin ei havaittu mitään vaikutusta. Kuvailen kuparisulfidin epätavallisia ominaisuuksia Ferdinand merkitsi kiinteän elektroniikan alkua.

Braunille käytettiin käytännön käyttöä samankaltaisilta. Professori Jagdish Chandra Bose ilmoitti 27. huhtikuuta 1899 perustavansa ensimmäisen tunnistimen / vastaanottimen työskentelemään yhdessä radiolähettimen kanssa. Hän käytti galenaa( lyijyoksidia) parissa, jossa oli yksinkertainen lanka ja joka otti millimetrin aallon. Vuonna 1901 hän patentoi aivotahonsa. On mahdollista, että Popovia koskevien huhujen vaikutuksesta. Bosch-ilmaisinta käytetään Marconin ensimmäisessä transatlanttisessa radio-ohjelmassa. Greenleaf Witter Pickard patentoi vuonna 1906 samanlaisen silikonikristallin.

Vuonna 1909 Nobel-palkinnossa puhuttu Brown totesi, että hän ei ymmärtänyt hänen havaitsemansa ilmiön periaatteita, mutta löysi useita materiaaleja, joilla oli uusia ominaisuuksia. Tämä on edellä mainittu galena, pyriitti, pyrolusiitti, tetrahedriitti ja useat muut. Luetellut materiaalit herättivät huomiota yksinkertaisesta syystä: he suorittivat sähkövirran, vaikka niitä pidettiin jaksollisen taulukon elementtien yhdisteinä.Ennen kuin tällaisia ​​ominaisuuksia pidettiin yksinkertaisten metallien etuoikeuksena.

Lopuksi, vuonna 1926 ilmestyi ensimmäiset Schottky-esteellä olevat transistorit, ja William Bradford Shockley toi vuonna 1939 teorian ilmiön alle. Samalla Neville Francis Mot kertoi näiden kahden materiaalin risteyksessä esiintyvistä ilmiöistä, laskemalla diffuusiovirran ja päävarausliikkeiden kulkeutumisen. Walter Schottky täydensi teoriaa korvaamalla lineaarisen sähkökentän vaimennuksella ja lisäämällä ajatuksen puolijohdekerroksen pintakerroksessa olevista ionidonoreista. Metallipinnan alla olevan rajapinnan tilavuusmaksu nimettiin tiedemiehen mukaan.

Davydov teki samankaltaisia ​​yrityksiä tiivistää jo olemassa olevan tosiasian teorian vuonna 1939, mutta antoi virheellisesti raja-arvot nykyiselle ja teki muita virheitä.Oikein johtopäätökset teki Hans Albrecht Bethe vuonna 1942, joka liittää virran kantajien lämpöpäästöihin mahdollisen esteen kautta kahden materiaalin rajalla. Niinpä ilmiön ja diodien modernin nimen pitäisi olla viimeisen tiedemiehen nimi, Schottky-teoria paljasti puutteita.

Teoreettiset tutkimukset perustuvat elektronien työn funktion mittaamiseen materiaalista tyhjiöön. Jopa kemiallisesti inertillä ja vakaalla kulta-metallilla tietyt merkit vaihtelevat välillä 4 - 4,92 eV.Suurella tyhjöasteella, elohopean puuttuessa pumpusta tai öljykalvosta saadaan 5,2 eV: n arvoja. Kun teknologia kehittyy tulevaisuudessa, arvot on suunniteltu tarkemmin. Toinen ratkaisu olisi käyttää materiaaleja elektronisoituvuutta koskeviin tietoihin tapahtumien oikein ennustamiseksi siirtymärajalla. Nämä arvot( pollausasteikolla) tunnetaan 0,1 eV: n tarkkuudella. On sanottu, että on selvää: nykyään ei ole mahdollista ennustaa oikein esteen korkeutta osoitetuilla menetelmillä ja siten Schottky-diodien oikaisuominaisuuksilla.

Paras tapa määrittää Schottky-esteen korkeus

Korkeuden määrittäminen tunnetulla kaavalla on sallittua( katso kuva).Jos C on kerroin, joka on hieman riippuvainen lämpötilasta. Riippuvuutta käytetystä jännitteestä Va, huolimatta sen monimutkaisesta muodosta, pidetään lähes lineaarisena. Kaavion kulma on q / kT.Estekorkeus määritetään lnJ: n ja 1 / T: n käyrän mukaan kiinteällä jännitteellä.Laskenta suoritetaan kaltevuuskulmalla.

-laskelmille Vaihtoehtoinen menetelmä on säteilyttää metalli-puolijohdemuutos valolla. Käytetään seuraavia menetelmiä:

1. Valo kulkee puolijohdon läpi.
2. Valo putoaa suoraan valokennon herkälle alueelle.

Jos fotonienergia on puolijohteiden kielletyn vyöhykkeen ja esteen korkeuden välisen energiavälin sisällä, havaitaan elektronien päästöjä metallista. Kun parametri on korkeampi kuin molemmat arvot, lähtövirta nousee jyrkästi, mikä on helposti havaittavissa kokeilun asennuksessa. Tämän menetelmän avulla voidaan määrittää, että saman puolijohtajan työtehtävä, jossa on erilaisia ​​johtokykyjä( n ja p), antaa materiaalin kielletyn vyöhykkeen leveyden.

Uusi menetelmä Schottky-esteen korkeuden määrittämiseksi on mitata liitoskapasitanssia käytetyn käänteisen jännitteen mukaan. Kuvaaja esittää suoran linjan, joka leikkaa abscissi-akselin halutun arvon kuvaavassa kohdassa. Kokeiden tulos riippuu voimakkaasti pinnanvalmistuksen laadusta. Teknologian käsittelymenetelmien tutkiminen osoittaa, että fluorivetyhapon etsaus jättää piidioksidikerroksen 10–20 angstromikerroksen paksuksi.

Vanhenemisvaikutus todetaan jatkuvasti. Vähemmän ominaista Schottky-diodeille, jotka muodostuvat katkaisemalla kide. Estekorkeudet eroavat tietystä materiaalista, joissakin tapauksissa ne ovat vahvasti riippuvaisia ​​metallien elektronisoituvuudesta. Gallium-arseenin osalta tekijä lähes ei näy, sinkkisulfidin tapauksessa on ratkaiseva merkitys. Jälkimmäisessä tapauksessa pinnanvalmistuksen laadulla on heikko vaikutus, sillä GaA: lle tämä on erittäin tärkeää.Kadmium-sulfidi on näiden materiaalien välissä.

Tutkimuksessa kävi ilmi, että useimmat puolijohteet toimivat kuten GaAs, mukaan lukien pii. Mead selitti sen sillä, että materiaalin pinnalle muodostuu joukko muodostelmia, joissa elektronienergia sijaitsee valenssivyöhykkeen kaistanleveyden kolmanneksella. Tämän seurauksena, kosketuksessa metallin kanssa, Fermi-taso pyrkii viemään samanlaisen aseman. Historia toistaa itsensä millä tahansa oppaalla. Samanaikaisesti sulkukorkeudesta tulee Fermi-tason ja puolijohdejohtavuusnauhan reunan välinen ero.

: Metallien elektronisoituvuuden voimakas vaikutus havaitaan materiaaleissa, joissa on selkeät ionisidokset. Nämä ovat pääasiassa tetravalenttista piidioksidia ja sinkkisulfidia. Tämä seikka selittyy sellaisten muodostumien puuttumisella, jotka vaikuttavat Fermin tasoon metallissa. Yhteenvetona voidaan todeta, että ei ole luotu kattavaa teoriaa käsiteltävänä olevasta asiasta.

Schottky-diodien edut

Ei ole mikään salaisuus, että Schottky-diodit toimivat tasasuuntaajina kytkentävirtalähteiden ulostulossa. Valmistajat luottavat siihen, että tässä tapauksessa tehohäviö ja lämpö on paljon pienempi. On osoitettu, että Schottky-diodin suoran yhteyden jännitehäviö on 1,5 - 2 kertaa pienempi kuin minkä tahansa tyyppisissä tasasuuntaajissa. Yritetään selittää syy.

Tarkastellaan normaalin pn-risteyksen työtä.Kun materiaalit joutuvat kosketuksiin kahden erilaiseen johtavuuteen, pääkantojen diffuusio alkaa kosketusrajan yli, jolloin ne eivät ole enää tärkeimpiä.Fysiikassa tätä kutsutaan estokerrokseksi. Jos positiiviseen potentiaaliin sovelletaan n-aluetta, pääelektronin kantajat viipymättä houkuttelevat lähtöön. Sitten sulkukerros laajenee, virta ei virtaa. Kun pääkytkimet on kytketty päälle, pääasialliset kantoaalat päinvastoin astuvat estokerrokseen, jossa ne yhdistyvät aktiivisesti sen kanssa. Siirtyminen avautuu, virta virtaa.

Osoittaa, ettei yksinkertainen diodi heti avaudu eikä sulkeudu. Sulkukerroksen muodostamis- ja eliminointimenetelmiä tarvitaan, mikä vaatii aikaa. Schottky-diodi käyttäytyy hieman eri tavalla. Käytetty suora jännite avaa siirtymän, mutta reikien injektointi n-puolijohteeseen käytännössä ei tapahdu, niiden este on suuri, tällaisia ​​kantajia on vain vähän. Kun takaisinkytkentä tapahtuu voimakkaasti seostettuun puolijohteeseen, joka pystyy virtaamaan tunnelointivirtaa.

-lukijat, jotka tuntevat LED-valaistuksen aiheen, tietävät jo, että alun perin vuonna 1907 Henry Joseph Round teki löytöjä kristallinilmaisimesta. Tämä on Schottky-diodi ensimmäisenä lähentymisenä: metallin ja piikarbidin välinen raja. Erona on, että nykyään ne käyttävät n-tyyppistä puolijohdetta ja alumiinia.

Schottky -diodi ei voi vain hohtaa: näihin tarkoituksiin he käyttävät pn-risteystä.Metalli-puolijohdekontakti ei aina korjaudu. Jälkimmäisessä tapauksessa sitä kutsutaan ohmiksi ja se sisältyy useimpiin transistoreihin, joissa sen loiset vaikutukset ovat tarpeettomia ja haitallisia. Siirtyminen riippuu schottky-esteen korkeudesta. Parametrin suurissa arvoissa lämpötilan ylittäminen ilmaisee tasasuuntausominaisuudet. Ominaisuudet määräytyvät metallin työtehtävän( tyhjiössä) ja puolijohde-eron tai elektronin affiniteetin perusteella.

Siirtymäominaisuudet riippuvat käytetyistä materiaaleista ja geometrisista mitoista. Tässä tapauksessa tilavuusvaraus on pienempi kuin silloin, kun kaksi eri tyyppistä puolijohdetta on yhteydessä, mikä tarkoittaa, että kytkentäaika lyhenee merkittävästi. Tyypillisessä tapauksessa se sopii satojen ps: n ja kymmenien ns: n alueelle. Tavanomaisille diodeille vähintään suuruusluokkaa suurempi. Teoriassa tämä näyttää siltä, ​​että esteetasolla ei ole lisäystä sovelletulla käänteisjännitteellä.Pieni jännitehäviö on helppo selittää sillä, että osa siirtymästä koostuu puhtaasta johtimesta. Todellinen laitteille, jotka on suunniteltu suhteellisen alhaisille kymmenien volttien jännitteille.

Schottky-diodien ominaisuuksien mukaan niitä käytetään laajalti kodinkoneiden pulssivirtalähteissä.Tämä mahdollistaa häviöiden vähentämisen, tasasuuntaajien lämpötoimintatilan parantamisen. Siirtymän pieni alue aiheuttaa pieniä rikkoutumisjännitteitä, joita kompensoi hieman kiteiden metallointialueen lisääntyminen, joka käsittää osan piidioksidilla eristetystä alueesta. Tämä alue, joka muistuttaa kondensaattoria, kun diodi kytketään takaisin päälle, vaimentaa vierekkäiset kerrokset päävarauslaitteilla, mikä parantaa merkittävästi suorituskykyä.

Nopeuden vuoksi Schottky-diodeja käytetään aktiivisesti integroiduissa piireissä, joiden tarkoituksena on käyttää suuria taajuuksia - käyttö- ja synkronointitaajuuksia.