Schottky diodas

Schottky diodas yra puslaidininkinis elektros lygintuvo elementas, kuriame kaip barjeras naudojamas metalinis puslaidininkinis perėjimas. Dėl to įgyjamos naudingos savybės: didelis greitis ir žemos įtampos sumažėjimas į priekį.

Iš Schottky diodų atradimo istorijos

Metalo-puslaidininkių perėjimo taisymo savybės pirmą kartą buvo pastebėtos 1874 m. Ferdinand Brown, naudojant sulfidų pavyzdį.Eidamas į priekį ir atvirkščiai, jis pastebėjo 30% skirtumą, kuris iš esmės prieštaravo garsiam Omo įstatymui. Brownas negalėjo paaiškinti, kas vyksta, bet tęsęs tyrimą, jis nustatė, kad sekcijos atsparumas yra proporcingas tekančiai srovei. Kuris taip pat atrodė neįprastas.

Fizikai pakartojo eksperimentus. Pavyzdžiui, „Werner Siemens“ pažymėjo panašias seleno savybes. Brownas nustatė, kad struktūros savybės yra aiškiausios, su nedideliu kiekiu kontaktų prijungta prie sulfido kristalo. Tyrėjas naudojo:

• spyruoklinę vielą, kurios slėgis buvo 1 kg;
• gyvsidabrio kontaktas;
• vario metalizuotas padas.

Taigi, gimęs taškas diodas, 1900 m. Neleido mūsų tautietis Popovas priimti radijo detektoriaus patentą.Savo darbe Brownas pateikia mangano rūdos( psilomelano) tyrimą.Paspaudus kontaktus prie kristalo su spaustuku ir izoliuodami kempinę nuo srovės nešiojamosios dalies, mokslininkas pasiekė puikių rezultatų, tačiau tuo metu nebuvo jokio poveikio. Apibūdindamas neįprastas vario sulfido savybes, Ferdinandas pažymėjo kietojo kūno elektronikos pradžią.

Braunui praktinis naudojimas buvo rastas panašiai mąstantiems žmonėms. Profesorius Jagdish Chandra Bose 1899 m. Balandžio 27 d. Paskelbė pirmojo detektoriaus / imtuvo sukūrimą dirbti su radijo siųstuvu. Jis naudojo galeną( švino oksidą) poroje su paprasta viela ir sugavo milimetro bangų bangas.1901 m. Jis patentavo savo protą.Gali būti, kad gandai apie Popovą.„Bosch“ detektorius naudojamas pirmojoje „Marconi“ transatlantinėje radijo programoje. Panašus įtaisas ant silicio kristalo buvo patentuotas 1906 m. Greenleaf Witter Pickard.

1909 m. Nobelio premijos laureatas Brownas pažymėjo, kad jis nesuprato jo aptikto reiškinio principų, tačiau atrado daugybę naujų savybių turinčių medžiagų.Tai yra pirmiau minėta galena, piritas, piroluzitas, tetrahedritas ir daugelis kitų.Į sąrašą įtrauktos medžiagos dėl paprastos priežasties atkreipė dėmesį: jos atliko elektros srovę, nors buvo laikomos periodinės lentelės elementų junginiais. Prieš tokias savybes buvo laikomos paprastų metalų prerogatyva.

Galiausiai 1926 m. Pasirodė pirmieji tranzistoriai su Schottky barjeru, o William Bradford Shockley 1939 m. Tuo pačiu metu, Neville Francis Mot paaiškino reiškinius, atsirandančius abiejų medžiagų sankryžoje, apskaičiuojant difuzijos srovę ir pagrindinių įkrovos laikiklių dreifą.Walter Schottky teoriją papildė pakeisdamas linijinį elektrinį lauką slopinimu ir pridėdamas idėją apie jonų donorus, esančius puslaidininkio paviršiniame sluoksnyje. Pavadinimas pagal sąsają po metaliniu sluoksniu buvo pavadintas mokslininko vardu.

Davydov bandė apibendrinti teoriją apie esamą faktą 1939 m., Tačiau neteisingai nurodė dabartinius ribojančius veiksnius ir padarė kitų klaidų.Labiausiai teisingas išvadas padarė 1942 m. Hansas Albrechtas Bethe, kuris siejo srovę su šiluminiu teršalų išmetimu per galimą barjerą dviejų medžiagų ribose. Taigi šiuolaikinis reiškinio pavadinimas ir diodai turėtų būti paskutinio mokslininko vardas, Schottkio teorija atskleidė trūkumus.

Teorinės studijos priklauso nuo sunkumų matuoti elektronų darbo funkciją iš medžiagos į vakuumą.Net ir chemiškai inertiškas ir stabilus aukso metalas, tam tikros indikacijos svyruoja nuo 4 iki 4,92 eV.Esant dideliam vakuumo laipsniui, jei nėra gyvsidabrio iš siurblio ar alyvos plėvelės, gaunamos 5,2 eV vertės. Plėtojant technologijas ateityje, vertės yra tiksliau numatytos. Kitas sprendimas būtų panaudoti informaciją apie medžiagų elektroniškumą, kad būtų galima teisingai numatyti įvykius perėjimo ribose.Šios vertės( apklausos skalėje) yra žinomos 0,1 eV tikslumu. Iš to, kas buvo pasakyta, aišku: šiandien neįmanoma tiksliai nustatyti užtvaros aukščio pagal nurodytus metodus ir, atitinkamai, Schottky diodų ištaisymo savybes.

Geriausias būdas nustatyti Schottky barjero aukštį

Leidžiama nustatyti aukštį pagal žinomą formulę( žr. Paveikslą).Kur C yra mažai priklausomas nuo temperatūros koeficientas. Priklausomybė nuo taikomosios įtampos Va, nepaisant jo sudėtingos formos, laikoma beveik linijine. Grafo kampas yra q / kT.Kliūties aukštis nustatomas pagal lnJ ir 1 / T sklypą, esant fiksuotai įtampai. Skaičiavimas atliekamas pasvirimo kampu.

skaičiavimams Alternatyvus metodas yra apšviesti metalo-puslaidininkio perėjimą su šviesa. Naudojami šie metodai:

1. Šviesa eina per puslaidininkį.
2. Šviesa nukrenta tiesiai į jautrią fotoelemento zoną.

Jei fotonų energija patenka į energijos tarpą tarp uždraustos puslaidininkio zonos ir užtvaros aukščio, stebimas elektronų išmetimas iš metalo. Kai parametras yra didesnis nei abiejų šių verčių, išėjimo srovė smarkiai pakyla, o tai lengvai matoma eksperimentinėje sistemoje.Šis metodas leidžia nustatyti, kad to paties puslaidininkio darbo funkcija su skirtingais laidumo tipais( n ir p) iš viso suteikia draudžiamos medžiagos plotį.

Naujas Schottky barjero aukščio nustatymo metodas yra matuoti jungties talpą, priklausomai nuo taikytos atbulinės įtampos. Grafike parodyta tiesios linijos, susikertančios su abscisės ašimi, forma, atitinkanti norimą vertę.Eksperimentų rezultatas labai priklauso nuo paviršiaus paruošimo kokybės. Technologinio apdorojimo metodų tyrimas rodo, kad hidrofluorūgšties ėsdinimas palieka 10–20 angstremų storio oksido plėvelės sluoksnį ant silicio bandinio.

Senėjimo poveikis nuolat pastebimas. Mažiau būdingas Schottky diodams, susidariusiems atskyrus kristalą.Užtvaros aukščiai tam tikroje medžiagoje skiriasi, kai kuriais atvejais jie labai priklauso nuo metalų elektroniškumo. Galio arsenido atveju šis faktorius beveik neatrodo, cinko sulfido atveju lemiamas vaidmuo. Tačiau pastaruoju atveju paviršiaus paruošimo kokybė yra silpna, GaAs tai ypač svarbu. Kadmio sulfidas šių medžiagų atžvilgiu yra tarpinėje padėtyje.

Tyrime paaiškėjo, kad dauguma puslaidininkių elgiasi kaip GaAs, įskaitant silicį.Meadas tai paaiškino tuo, kad ant medžiagos paviršiaus formuojasi keletas formacijų, kuriose elektronų energija yra trečdalio juostos tarpo nuo valentinės zonos. Dėl to, susilietus su metalu, pastarojo Fermio lygis paprastai užima panašią padėtį.Istorija pakartoja kiekvieną vadovą.Tuo pat metu barjero aukštis tampa skirtumas tarp puslaidininkio Fermi lygio ir laidumo juostos krašto.

. Metalų, turinčių ryškias jonines jungtis, įtaka metalo elektroniniam aktyvumui yra didelė.Tai visų pirma tetravalentinis silicio dioksidas ir cinko sulfidas.Šį faktą paaiškina neformacijų, turinčių įtakos Fermi lygiui metale, nebuvimas. Apibendrinant, pridėkite, kad nėra išsamaus teorijos apie šiuo metu svarstomą klausimą.

Schottky diodų privalumai

Nėra paslapties, kad Schottky diodai veikia kaip lygintuvai perjungimo maitinimo šaltinių išėjime. Gamintojai remiasi tuo, kad šiuo atveju energijos nuostoliai ir šiluma yra daug mažesni. Nustatyta, kad įtampos kritimas tiesioginiame ryšyje Schottky diodui yra 1,5 - 2 kartus mažesnis nei bet kokio tipo lygintuvuose. Pabandykime paaiškinti priežastį.

Apsvarstykite įprastos pn sankryžos darbą.Kai medžiagos liečiasi su dviem skirtingais laidumo tipais, pagrindinių vežėjų difuzija prasideda už kontaktinės ribos, kur jie nebėra pagrindiniai. Fizikoje tai vadinama barjeriniu sluoksniu. Jei n-regionui taikomas teigiamas potencialas, pagrindiniai elektronų nešėjai bus nedelsiant pritraukiami į išėjimą.Tada barjerinis sluoksnis plečiasi, srovė teka. Tiesiogiai įtraukiant, pagrindiniai vežėjai, priešingai, užpuola barjerinį sluoksnį, kuriame jie aktyviai sujungia. Atsidaro perėjimas, srovė teka.

Pasirodo, kad nei vienas atviras, nei uždarytas paprastas diodas nepavyksta. Yra barjerinio sluoksnio susidarymo ir pašalinimo procesai, kuriems reikia laiko. Schottky diodas šiek tiek elgiasi skirtingai. Taikoma tiesioginė įtampa atveria perėjimą, bet skylių įpurškimas į n-puslaidininkį praktiškai neįvyksta, užtvara jiems yra didelė, tokie nešikliai yra nedaug. Su atvirkštiniu įtraukimu į labai dopingą puslaidininkį, galintį tekėti tunelių srovę.

skaitytojai, susipažinę su LED apšvietimo tema, jau žino, kad iš pradžių 1907 m. Henry Joseph Round atrado kristalų detektorių.Tai Schottky diodas pirmojoje aproksimacijoje: metalo ir silicio karbido riba. Skirtumas yra tas, kad šiandien jie naudoja n-tipo puslaidininkį ir aliuminį.

Schottky diodas gali ne tik švyti: šiems tikslams jie naudoja pn-sankryžą.Metalinis-puslaidininkinis kontaktas ne visada tampa taisomasis. Pastaruoju atveju jis vadinamas Ohmic ir yra įtrauktas į daugumą tranzistorių, kur jo parazitinis poveikis yra nereikalingas ir kenksmingas. Kas bus perėjimas, priklausys nuo Schottky barjero aukščio. Esant didelėms parametro vertėms, viršijant temperatūrą, atsiranda ištaisymo savybės. Savybes lemia metalo darbo funkcijos( vakuume) ir puslaidininkių arba elektronų afiniteto skirtumas.

Perėjimo savybės priklauso nuo naudojamų medžiagų ir geometrinių matmenų.Tokiu atveju tūrio įkrovimas yra mažesnis nei tuo atveju, kai kontaktuoja du skirtingų tipų puslaidininkiai, o tai reiškia, kad perjungimo laikas žymiai sumažėja. Tipišku atveju jis tinka nuo šimtų ps iki dešimčių ns. Tradiciniams diodams mažesnis dydis yra didesnis. Teoriškai tai atrodo kaip barjerinio lygio padidėjimo nebuvimas taikant taikomą atvirkštinę įtampą.Mažą įtampos kritimą lengva paaiškinti tuo, kad dalis perėjimo yra sudaryta iš gryno laidininko. Faktinis įrenginiams, suprojektuotiems palyginti mažoms dešimčių voltų įtampoms.

Pagal Schottky diodų savybes, jie plačiai naudojami perjungiant buitinių prietaisų maitinimo šaltinius. Tai leidžia sumažinti nuostolius, pagerinti lygintuvų šiluminį veikimo režimą.Maža perėjimo zona sukelia mažas gedimo įtampas, kurias šiek tiek atsveria metalizacijos srities padidėjimas ant kristalo, kuris apima dalį silicio izoliacijos srities.Ši sritis, panaši į kondensatorių, kai diodas vėl įjungiamas, nuskurdo gretimus sluoksnius su pagrindiniais krūvio laikikliais, gerokai pagerindamas našumą.

Dėl savo greičio Schottky diodai aktyviai naudojami integriniuose grandynuose, skirtuose naudoti aukštus dažnius - veikimo ir sinchronizavimo dažnius.