דיודות שוטקי

דיודות Schottky הוא רכיב מיישר מוליך למחצה חשמלי, שבו המעבר מוליכים למחצה מתכת משמש כמחסום.כתוצאה מכך, נרכשים נכסים שימושיים: ירידה מהירה וירידה במתח נמוך בכיוון קדימה.

מן ההיסטוריה של גילוי דיודות Schottky

המאפיינים תיקון של המעבר מוליכים למחצה מתכת נצפו לראשונה בשנת 1874 על ידי פרדיננד בראון באמצעות דוגמה של גופריתי.מעביר את הזרם בכיוון קדימה והלאה, הוא ציין הבדל של 30%, אשר סותרים באופן יסודי החוק המפורסם של אום.בראון לא יכול להסביר מה קורה, אבל, לאחר שהמשיך את המחקר, הוא גילה כי ההתנגדות של החלק היה יחסי לזרימה הנוכחית.וזה נראה גם יוצא דופן.

ניסויים חוזרים על ידי הפיזיקאים.לדוגמה, ורנר סימנס ציין מאפיינים דומים של סלניום.בראון מצא כי תכונות המבנה מופיעות בצורה הברורה ביותר עם כמות קטנה של אנשי קשר המצורפת גביש גופרתי.החוקר השתמש:

• תיל טעון באביב בלחץ של 1 ק"ג;
• קשר כספית;
• כרית מתכת ממתכת.

אז הדיודה נקודה נולדה, בשנת 1900 מנע את ארצנו פופוב מלקחת פטנט עבור גלאי רדיו.בעבודה שלו, בראון מציג מחקר של עפרות מנגן( psilomelane).על ידי לחיצה על המגעים עם גביש עם מהדק ובידוד ספוג מהחלק הנשא הנוכחי, השיג המדען תוצאות מצוינות, אך לא נמצאה השפעה באותו זמן.תיאר את המאפיינים יוצאי דופן של גופרית נחושת, פרדיננד סימנה את תחילת האלקטרוניקה מצב מוצק.

בראון מצאו שימוש מעשי אצל אנשים בעלי דעות דומות.פרופסור Jagdish Chandra Bose הודיע ​​ב -27 באפריל 1899 על יצירתו של גלאי / מקלט ראשון לעבוד יחד עם משדר רדיו.הוא השתמש גלנה( תחמוצת עופרת) בצמד עם חוט פשוט ותפס גלי גלי מילימטר.ב- 1901 הוא רשם פטנט על פטירתו.זה אפשרי כי תחת השפעת שמועות על פופוב.גלאי בוש משמש בתוכנית הרדיו הטרנס-אטלנטית הראשונה של מרקוני.סוג דומה של מכשיר על גבי קריסטל סיליקון היה פטנט בשנת 1906 על ידי גרינליף Witter Pickard.אסד 53

בנאומו בפרס נובל בשנת 1909, ציין בראון כי הוא אינו מבין את עקרונות התופעה שנתגלה על ידו, אך הוא גילה מספר חומרים המציגים נכסים חדשים.זהו galena לעיל, pyrite, פירולוסיט, tetrahedrite, ועוד מספר אחרים.החומרים הרשומים משכו תשומת לב מסיבה פשוטה: הם ניהלו זרם חשמלי, אם כי הם נחשבו תרכובות של רכיבים בטבלה המחזורית.לפני נכסים כאלה נחשבו זכות של מתכות פשוטות.

לבסוף, בשנת 1926 הופיעו הטרנזיסטורים הראשונים עם מחסום שוטקי, וויליאם ברדפורד שוקלי בשנת 1939 הביא את התיאוריה תחת התופעה.במקביל, נוויל פרנסיס מוט הסביר את תופעות המתרחשות בצומת של שני החומרים, חישוב זרם דיפוזיה ואת הסחף של נושאות המטען הראשי.וולטר Schottky השלימה את התיאוריה על ידי החלפת שדה חשמלי ליניארי עם damping והוספת רעיון של התורמים יון הממוקם בשכבת פני השטח של מוליכים למחצה.טעינת העוצמה בממשק מתחת לשכבת המתכת נקראה על שמו של המדען.

Davydov עשה ניסיונות דומים כדי לסכם את התיאוריה של עובדה קיימת ב -1939, אך באופן שגוי נתן את הגורמים המגבילים הנוכחי וגרם שגיאות אחרות.המסקנות הנכונות ביותר נמסרו על ידי הנס אלברכט בטה ב -1942, שקשר את הזרם לפליטה תרמיונית של נושאות דרך מחסום פוטנציאלי בגבול שני חומרים.לכן, השם המודרני של התופעה והדיודות צריך להיות שם המדען האחרון, תיאוריית שוטקי חשפה פגמים.

מחקרים תיאורטיים נשענים על הקושי למדוד את פונקציית העבודה של האלקטרונים מחומר לתוך ואקום.אפילו עבור מתכת אינרטית ויציבה כימית של זהב, אינדיקציות מסוימות להשתנות מ 4 עד 4.92 eV.עם רמה גבוהה של ואקום, בהעדר כספית מתוך משאבה או סרט שמן, ערכים של 5.2 eV מתקבלים.עם התפתחות הטכנולוגיה בעתיד, הערכים צפויים בצורה מדויקת יותר.פתרון נוסף יהיה להשתמש במידע על electronegativity של חומרים כדי לנבא נכונה אירועים בגבול המעבר.ערכים אלה( בסולם הסקירה) ידועים בדייקנות של 0.1 eV.מה שנאמר ברור: היום לא ניתן לנבא נכונה את גובה המכשול על ידי השיטות המצוין, ולכן, את המאפיינים תיקון של דיודות שוטקי.

הדרכים הטובות ביותר לקבוע את גובה מחסום Schottky

מותר לקבוע את גובה הנוסחה הידועה( ראה איור).כאשר C הוא מקדם מעט תלוי בטמפרטורה.התלות במתח המיושם, למרות צורתו המורכבת, נחשבת כמעט ליניארית.זווית הגרף היא q / kT.גובה המכשול נקבע לפי חלקה של lnJ לעומת 1 / T במתח קבוע.חישוב מתבצע על זווית היצר.נוסחה

שיטה חלופית היא להקרין את המעבר מוליך למחצה מתכת עם האור.השיטות הבאות משמשות:

1. האור עובר דרך מוליכים למחצה.
2. האור נופל ישירות על האזור הרגיש של תא הסוללות.

אם האנרגיה פוטון נופל בתוך הפער של האנרגיה בין אזור אסור של מוליך למחצה לבין גובה המכשול, פליטת אלקטרונים מן המתכת הוא ציין.כאשר הפרמטר גבוה משני ערכים אלה, זרם הפלט עולה בחדות, אשר נראה בקלות ההתקנה הניסוי.שיטה זו מאפשרת לקבוע כי פונקציית העבודה עבור אותו מוליך למחצה, עם סוגים שונים של מוליכות( n ו- p), בסך הכל נותן את רוחב האזור אסור של החומר.

שיטה חדשה לקביעת גובה מחסום שוטקי היא למדוד את קיבול הצומת בהתאם למתח הפוך המופעל.הגרף מציג את צורת הקו הישר המצטלב בין ציר האבסיסה בנקודה המאפיינת את הערך הרצוי.התוצאה של הניסויים מאוד תלוי באיכות הכנת השטח.המחקר של שיטות עיבוד טכנולוגי מראה כי תחריט חומצה הידרופלואורית משאיר שכבה של סרט תחמוצת 10-20 אנגסטרומים עבים על מדגם סיליקון.

אפקט ההזדקנות הוא ציין בעקביות.פחות אופייני לדיודות שוטקי שנוצרו על ידי קריעת הגביש.גבהים הגדר שונים עבור חומר מסוים, במקרים מסוימים הם תלויים מאוד electronegativity של מתכות.עבור arsenide גליום, גורם כמעט אינו מופיע, במקרה של גפרתי אבץ משחק תפקיד מכריע.אבל במקרה האחרון, איכות הכנת השטח יש השפעה חלשה, עבור GaAs זה חשוב ביותר.Cadmium גופרתי הוא בעמדה בינונית ביחס לחומרים אלה.

במחקר התברר כי רוב המוליכים למחצה מתנהגים כמו GaAs, כולל סיליקון.מיד הסביר זאת על ידי העובדה כי סדרה של תצורות טופס על פני השטח של החומר, שבו האנרגיה אלקטרונים טמונה באזור שליש הפער הלהקה מאזור הערכיות.כתוצאה מכך, במגע עם המתכת, רמת פרמי האחרונה נוטה לתפוס עמדה דומה.ההיסטוריה חוזרת על עצמה עם כל מדריך.יחד עם זאת, גובה המכשול הופך להיות ההפרש בין רמת פרמי לבין קצה רצועת ההולכה במוליך למחצה.השפעה חזקה של electronegativity של המתכת הוא ציין בחומרים עם קשרים יוניים מובהקים.אלה הם בעיקר tetravalent סיליקה וגופרית אבץ.עובדה זו מוסברת על ידי היעדר תצורות המשפיעות על רמת פרמי במתכת.לסיכום, מוסיפים כי תיאוריה ממצה על הנושא הנדון היום לא נוצר.

היתרונות של דיודות שוטקי

אין זה סוד כי דיודות Schottky לשמש מיישרים על הפלט של ספקי כוח מיתוג.יצרנים לנוח על העובדה כי אובדן חשמל וחום במקרה זה הוא הרבה יותר נמוך.נקבע כי מתח המתח בחיבור ישיר על דיודת Schottky הוא 1.5 - 2 פעמים פחות מאשר בכל סוג של מיישרים.בואו ננסה להסביר את הסיבה.

שקול את העבודה של צומת pn רגיל.כאשר חומרים באים במגע עם שני סוגים שונים של מוליכות, דיפוזיה של ספקים הראשי מתחיל מעבר לגבול הקשר, שם הם כבר לא העיקריים.בפיסיקה, זה נקרא שכבת המכשול.אם פוטנציאל חיובי מוחל על n באזור, נושאות אלקטרונים הראשי יהיה מיד למשוך את הפלט.אז שכבת המכשול מתרחבת, הזרם אינו זורם.עם הכללה ישירה, נושאות הראשי, להיפך, לתקוף את שכבת המכשול, שם הם פעיל recombine עם זה.המעבר נפתח, זרם זורם.

מתברר כי לא לפתוח ולא לסגור דיודה פשוטה נכשל מיד.ישנם תהליכים של היווצרות וחיסול של שכבת המכשול, אשר דורש זמן.דיודות Schottky מתנהג מעט אחרת.מתח ישיר מיושם פותח את המעבר, אבל הזרקת חורים לתוך מוליכים למחצה כמעט לא מתרחשת, המכשול עבורם הוא גדול, יש כמה ספקים כאלה במתכת.עם ההכללה לאחור במוליכים למחצה מסוממים מאוד מסוגל לזרום זרם המנהור.

קוראים, מכירים את הנושא של תאורת LED, כבר יודעים כי במקור בשנת 1907, הנרי ג 'וזף עגול עשה גילוי על גלאי גביש.זוהי דיודת שוטקי בקירוב הראשון: גבול המתכת וסיליקון קרביד.ההבדל הוא שהיום הם משתמשים במוליכים למחצה ואלומיניום מסוג n.

דיודות Schottky לא יכול רק זוהר: למטרות אלה הם משתמשים pn צומת.מגע המוליך למחצה של המתכת לא תמיד הופך לתקן.במקרה האחרון, הוא נקרא ohmic והוא נכלל ברוב הטרנזיסטורים, שם ההשפעות הטפיליות שלו מיותרות ומזיקות.מה שהמעבר יהיה תלוי בגובה של מחסום שוטקי.בערכים גדולים של הפרמטר, העולה על אנרגיית הטמפרטורה, מופיעים תכונות תיקון.מאפיינים נקבעים על ידי ההבדל של פונקציית העבודה של המתכת( באקום) ומוליכים למחצה, או על ידי זיקה אלקטרונים.

מאפייני המעבר תלויים בחומרים המשמשים ובממדים הגיאומטריים.נפח האחסון במקרה זה הוא פחות מאשר כאשר שני מוליכים למחצה מסוגים שונים נמצאים במגע, כלומר זמן ההחלפה מופחת באופן משמעותי.במקרה טיפוסי, הוא מתאים בטווח של מאות ps עד עשרות ns.עבור דיודות קונבנציונאלי לפחות סדר גודל גבוה יותר.בתיאוריה, זה נראה כמו העדר עלייה ברמת המכשול עם מתח הפוכה מיושם.קל להסביר את הירידה במתח הקטן בכך שחלק מהמעבר מורכב ממנצח טהור.בפועל למכשירים המיועדים למתח נמוך יחסית של עשרות וולטים.

על פי המאפיינים של דיודות Schottky, הם נמצאים בשימוש נרחב החלפת ספקי כוח עבור מכשירי חשמל ביתיים.זה מאפשר להפחית הפסדים, לשפר את מצב תרמי של המבצע של מיישרים.השטח הקטן של המעבר גורם להתמוטטות מתח נמוכה, שקוזזה מעט על ידי עלייה באזור המתכת על גבי הקריסטל, המקיף חלק משטח המבודד.אזור זה, הדומה קבלים, כאשר הדיודה הוא חזר על, impoverishes שכבות סמוכים עם נושאות המטען הראשי, שיפור משמעותי בביצועים.

בשל מהירותם, דיודות Schottky משמשים באופן פעיל במעגלים משולבים שמטרתם להשתמש בתדרים גבוהים - תדרים הפעלה וסינכרון.