Schottky diode

Schottky diode ir pusvadītāju elektriskā taisngrieža elements, kur kā barjeru tiek izmantota metāla-pusvadītāju pāreja. Rezultātā tiek iegūtas noderīgas īpašības: liels ātrums un zemsprieguma kritums uz priekšu.

No Schottky diodu atklāšanas vēstures

Metāla-pusvadītāju pārejas koriģējošās īpašības pirmo reizi tika novērotas 1874. gadā Ferdinand Brown, izmantojot sulfīdu piemēru. Ievērojot pašreizējo virzību uz priekšu un atpakaļ, viņš atzīmēja 30% atšķirību, kas būtībā bija pretrunā Ohm slavenajam likumam. Brūns nevarēja izskaidrot, kas notiek, bet, turpinot pētījumu, viņš konstatēja, ka sekcijas pretestība ir proporcionāla strāvai. Kas arī izskatījās neparasts.

Eksperimenti, ko atkārto fiziķi. Piemēram, Werner Siemens atzīmēja līdzīgas selēna īpašības. Brūns konstatēja, ka struktūras īpašības visredzamāk parādās ar nelielu kontaktu daudzumu, kas pievienots sulfīda kristālam. Izmantotais pētnieks:

• atsperes vads ar spiedienu 1 kg;
• dzīvsudraba kontakts;
• vara metalizēts spilventiņš.

Tātad dzimis diodes diods, 1900. gadā mūsu tautietis Popovs neļāva patentēt radio detektoru. Savā darbā Brown piedāvā pētījumu par mangāna rūdu( psilomelānu).Nospiežot kontaktus ar kristālu ar skavu un izolējot sūkli no strāvas nesošās daļas, zinātnieks ieguva lieliskus rezultātus, bet tajā laikā netika konstatēts neviens efekts. Aprakstot neparastās vara sulfīda īpašības, Ferdinands iezīmēja cietvielu elektronikas sākumu.

Braunam praktiski izmantoja līdzīgi domājoši cilvēki. Profesors Jagdish Chandra Bose 1899. gada 27. aprīlī paziņoja par pirmā detektora / uztvērēja izveidi darbam kopā ar radio raidītāju. Viņš izmantoja galēnu( svina oksīdu) pārī ar vienkāršu vadu un nozvejota milimetru viļņu viļņus.1901. gadā viņš patentēja savu smadzeņu. Iespējams, ka baumas par Popovu. Bosch detektors tiek izmantots Marconi pirmajā transatlantiskajā radio programmā.Līdzīgu ierīci ar silīcija kristālu 1906. gadā patentēja Greenleaf Witter Pickard.

Savā runā 1909. gadā Nobela prēmijā Brauns atzīmēja, ka viņš nesaprata viņa atklātā fenomena principus, bet atklāja vairākus materiālus, kuriem piemīt jaunas īpašības. Tas ir iepriekš minētais galēns, pirīts, pirolusi, tetraedrits un vairāki citi. Uzskaitītie materiāli piesaistīja uzmanību vienkāršam iemeslam: viņi veica elektrisko strāvu, lai gan tos uzskatīja par periodiskās tabulas elementu savienojumiem. Pirms šādas īpašības tika uzskatītas par vienkāršu metālu prerogatīvu. Visbeidzot, 1926. gadā parādījās pirmie tranzistori ar Schottky barjeru, un William Bradford Shockley 1939. gadā parādīja šo parādību. Tajā pašā laikā Neville Francis Mot paskaidroja parādību, kas rodas abu materiālu krustojumā, aprēķinot difūzijas strāvu un galveno lādiņu pārvadātāju novirzi. Walter Schottky papildināja teoriju, aizstājot lineāro elektrisko lauku ar slāpēšanu un pievienojot ideju par jonu donoriem, kas atrodas pusvadītāja virsmas slānī.Apjoms maksas par saskarni zem metāla slāņa tika nosaukts pēc zinātnieka.

Davydov mēģināja apkopot teoriju par esošo faktu 1939. gadā, bet nepareizi norādīja pašreizējos ierobežojošos faktorus un izdarīja citas kļūdas. Visprecīzākos secinājumus izdarīja 1942. gadā Hanss Albrechts Bethe, kurš ar potenciālo barjeru divu materiālu robežās saistīja strāvu ar nesēju termionālo emisiju. Līdz ar to šī fenomena un diodu modernajam nosaukumam jābūt pēdējā zinātnieka nosaukumam, Šotkas teorija atklāja trūkumus.

Teorētiskie pētījumi balstās uz grūtībām izmērīt elektronu darba funkciju vakuumā.Pat ķīmiski inertam un stabilam zelta metālam, dažas indikācijas svārstās no 4 līdz 4,92 eV.Ar augstu vakuuma pakāpi, ja nav dzīvsudraba no sūkņa vai eļļas plēves, iegūst 5,2 eV vērtības. Attīstoties tehnoloģijām nākotnē, vērtības ir precīzāk paredzētas. Vēl viens risinājums būtu izmantot informāciju par materiālu elektronegativitāti, lai pareizi prognozētu notikumus pārejas robežās.Šīs vērtības( aptaujas skalā) ir zināmas ar precizitāti 0,1 eV.No tā, kas tika teikts, ir skaidrs: šodien nav iespējams precīzi prognozēt barjeras augstumu ar norādītajām metodēm un līdz ar to Schottky diodu taisnojošajām īpašībām.

Labākie veidi, kā noteikt Schottky barjeras augstumu

Ir pieļaujams noteikt augstumu ar zināmo formulu( skatīt attēlu).Kur C ir koeficients, kas nedaudz atkarīgs no temperatūras. Atkarība no izmantotā sprieguma Va, neskatoties uz tās sarežģīto formu, tiek uzskatīta par gandrīz lineāru. Grafa leņķis ir q / kT.Barjeras augstums tiek noteikts saskaņā ar lnJ un 1 / T diagrammu ar fiksētu spriegumu. Aprēķins tiek veikts slīpuma leņķī.

aprēķiniem Alternatīva metode ir apstarot metāla pusvadītāju pāreju ar gaismu. Tiek izmantotas šādas metodes:

1. Gaisma iet caur pusvadītāju.
2. Gaisma nokrīt tieši uz fotoelementa jutīgās zonas.

Ja fotona enerģija atbilst enerģijas starpībai starp pusvadītāja aizliegto zonu un barjeras augstumu, tiek novērota elektronu emisija no metāla. Ja parametrs ir augstāks par abām šīm vērtībām, izejas strāva strauji pieaug, kas ir viegli redzama eksperimentālajā iestatījumā.Šī metode ļauj noteikt, ka viena pusvadītāja darba funkcija ar dažādiem vadītspējas veidiem( n un p) kopā dod materiāla aizliegtās zonas platumu.

Jauna metode Schottky barjeras augstuma noteikšanai ir mērīt krustojuma kapacitāti atkarībā no apgrieztā sprieguma. Diagrammā parādīta taisnas līnijas forma, kas krustojas ar abscisu asi tajā punktā, kas raksturo vēlamo vērtību. Eksperimentu rezultāts lielā mērā ir atkarīgs no virsmas sagatavošanas kvalitātes. Tehnoloģisko apstrādes metožu izpēte rāda, ka hidrogēnskābes kodināšana atstāj oksīda plēves slāni uz 10-20 angstrīmu uz silīcija parauga.

Novecošanās efekts tiek konsekventi atzīmēts. Mazāk raksturīga Schottky diodēm, kas veidojas, atdalot kristālu. Barjeras augstumi atšķiras konkrētam materiālam, dažos gadījumos tie ir ļoti atkarīgi no metālu elektronegativitātes. Gallija arsenīda gadījumā faktors gandrīz neparādās, cinka sulfīda gadījumā tam ir izšķiroša nozīme. Pēdējā gadījumā virsmas sagatavošanas kvalitātei ir vāja ietekme, jo GaAs tas ir ārkārtīgi svarīgi. Kadmija sulfīds atrodas starpposmā attiecībā uz šiem materiāliem.

Pētījumā izrādījās, ka lielākā daļa pusvadītāju darbojas kā GaAs, ieskaitot silīciju. Meads to izskaidroja ar faktu, ka uz materiāla virsmas veidojas virkne veidojumu, kur elektronu enerģija atrodas vienā trešdaļā joslas atstarpes no valences zonas. Tā rezultātā, saskaroties ar metālu, Fermi līmenis pēdējos mēdz ieņemt līdzīgu pozīciju. Vēsture atkārtojas ar jebkuru rokasgrāmatu. Tajā pašā laikā barjeras augstums kļūst par starpību starp Fermi līmeni un vadīšanas joslas malu pusvadītājam.

Metāla elektronegativitāte spēcīgi ietekmē materiālus ar izteiktām jonu saitēm. Tie galvenokārt ir tetravalenti silīcija dioksīds un cinka sulfīds.Šis fakts izskaidrojams ar to, ka nav tādu veidojumu, kas ietekmē Fermi līmeni metālā.Nobeigumā jāpiebilst, ka nav izstrādāta izsmeļoša teorija par izskatāmo jautājumu.

Schottky diodu priekšrocības

Nav noslēpums, ka Schottky diodes kalpo kā taisngrieži pie barošanas avota. Ražotāji balstās uz to, ka šajā gadījumā enerģijas zudums un siltums ir daudz zemāki. Ir konstatēts, ka sprieguma kritums tiešajā savienojumā Schottky diode ir 1,5-2 reizes mazāks nekā jebkura veida taisngrieži. Mēģināsim izskaidrot iemeslu.

Apsveriet parasto pn-krustojuma darbu. Kad materiāli nonāk saskarē ar diviem dažādiem vadītspējas veidiem, galveno nesēju difūzija sākas ārpus kontakta robežas, kur tie vairs nav galvenie. Fizikā to sauc par barjeras slāni. Ja pozitīvais potenciāls tiek piemērots n-reģionam, galvenie elektronu nesēji tūlīt tiks piesaistīti izejai. Tad barjeras slānis izplešas, strāva neplūst. Ar tiešu iekļaušanu galvenie pārvadātāji, gluži pretēji, uzbrūk barjeras slānim, kur viņi aktīvi apvienojas. Tiek atvērta pāreja, pašreizējās plūsmas.

Izrādās, ka ne vienkārši atvērts, ne tuvs vienkāršs diods neizdodas. Ir barjeras slāņa veidošanās un likvidēšanas procesi, kas prasa laiku. Schottky diode nedaudz uzvedas. Pielietotais tiešais spriegums atver pāreju, bet caurumu ievadīšana n-pusvadītājā praktiski nenotiek, šķērslis tiem ir liels, tajās ir maz šādu nesēju. Ar atgriezenisku iekļaušanu stipri dopētā pusvadītājam, kas spēj plūsmu tuneļu plūsmā.

lasītāji, kas ir iepazinušies ar LED apgaismojuma tēmu, jau zina, ka sākotnēji 1907. gadā Henijs Džozefs Kārlis atklāja kristāla detektoru.Šī ir Schottky diode pirmajā tuvinājumā: metāla un silīcija karbīda robeža. Atšķirība ir tā, ka šodien viņi izmanto n-veida pusvadītāju un alumīniju.

Schottky diode var ne tikai spīdēt: šiem mērķiem viņi izmanto pn-krustojumu. Metāla pusvadītāju kontakts ne vienmēr kļūst rektificēts. Pēdējā gadījumā to sauc par ohmisko, un tā ir iekļauta vairumā tranzistoru, kur tās parazitārās sekas ir liekas un kaitīgas. Kas būs pāreja, ir atkarīgs no Šotkas barjeras augstuma. Pie lielām parametra vērtībām, pārsniedzot temperatūras enerģiju, parādās izlīdzināšanas īpašības.Īpašības nosaka metāla darba( vakuumā) un pusvadītāju vai elektronu afinitātes atšķirība.

Pārejas īpašības ir atkarīgas no izmantotajiem materiāliem un ģeometriskajiem izmēriem.Šajā gadījumā tilpuma uzlāde ir mazāka nekā tad, ja saskarē ir divi dažāda veida pusvadītāji, kas nozīmē, ka pārslēgšanās laiks ir ievērojami samazināts. Tipiskā gadījumā tas iekļaujas diapazonā no simtiem ps līdz desmitiem ns. Parastajām diodēm vismaz viena kārtība ir augstāka. Teorētiski tas izskatās kā barjeras līmeņa nepalielināšanās ar apgriezto spriegumu. Mazo sprieguma kritumu ir viegli izskaidrot ar to, ka daļa no pārejas sastāv no tīra vadītāja. Faktiski ierīcēm, kas paredzētas relatīvi zemiem desmitiem voltu spriegumiem.

Saskaņā ar Schottky diodu īpašībām tās plaši izmanto mājsaimniecības ierīču barošanas avotu pārslēgšanai. Tas ļauj samazināt zudumus, uzlabot taisngriežu darbības režīmu. Pārejas nelielā platība izraisa zemu sadalījuma spriegumu, ko nedaudz kompensē kristalizācijas laukuma palielināšanās, kas ietver daļu no silīcija dioksīda izolētā reģiona.Šī zona, kas atgādina kondensatoru, kad diode tiek ieslēgta atpakaļ, nomāc blakus esošos slāņus ar galvenajiem lādiņiem, ievērojami uzlabojot veiktspēju.

Sakarā ar to ātrumu Schottky diodes tiek aktīvi izmantotas integrētās shēmās, kuru mērķis ir izmantot augstas frekvences - darbības un sinhronizācijas frekvences.