Diodă Schottky

Dioda Schottky este un element de redresor electric semiconductor, unde o barieră este utilizată ca o tranziție metalică-semiconductor. Ca urmare, se obțin proprietăți utile: scăderea vitezei și scăderea tensiunii în direcția înainte.

Din istoria descoperirii diodelor Schottky

Proprietățile rectificative ale tranziției semiconductoare metalice au fost observate pentru prima dată în 1874 de către Ferdinand Brown utilizând exemplul de sulfuri. Trecerea curentului în direcția înainte și înapoi, a observat o diferență de 30%, care a contrazis fundamental legii celebre a lui Ohm. Brown nu a putut explica ce se întâmplă, dar, continuând cercetarea, a constatat că rezistența secțiunii era proporțională cu curentul curge. Care, de asemenea, părea neobișnuit.

Experimente repetate de fizicieni. De exemplu, Werner Siemens a remarcat proprietăți similare ale seleniului. Brown a descoperit că proprietățile structurii apar cel mai clar cu o cantitate mică de contacte atașate la cristalul de sulfură.Cercetătorul a folosit: sârmă

• cu arc cu presiune de 1 kg;
• contact cu mercurul;Placă metalizată din cupru
• .

Deci, sa născut dioda punct, în 1900 a împiedicat compatriotul nostru Popov să ia un brevet pentru un detector de radio.În lucrarea sa, Brown prezintă un studiu al minereului de mangan( psilomelan).Prin apăsarea contactelor pe cristal cu o clemă și prin izolarea buretelui de la partea care poartă curent, omul de știință a obținut rezultate excelente, însă nu sa găsit nici un efect la acel moment. Descriindu-se proprietățile neobișnuite ale sulfurii de cupru, Ferdinand a marcat începutul electronicii solide.

Pentru Braun utilizarea practică a fost descoperită de oameni care au aceeași minte. Profesorul Jagdish Chandra Bose a anunțat pe 27 aprilie 1899 crearea primului detector / receptor care să funcționeze împreună cu un transmițător radio. El a folosit galena( oxid de plumb) într-o pereche cu un fir simplu și a prins valuri de valuri milimetrice.În 1901, și-a brevetat creierul. Este posibil ca sub influența unor zvonuri despre Popov. Detectorul Bosch este utilizat în primul program radio transatlantic al lui Marconi. Un tip similar de dispozitiv pe un cristal de siliciu a fost brevetat în 1906 de Greenleaf Witter Pickard.

În discursul său la Premiul Nobel din 1909, Brown a remarcat că nu a înțeles principiile fenomenului descoperit de el, dar a descoperit o serie de materiale care prezintă noi proprietăți. Aceasta este galena, pirita, piroliza, tetraedrita si o serie de altele. Materialele listate au atras atenția din simplul motiv: au efectuat un curent electric, deși au fost considerate compuși ai elementelor din tabelul periodic.Înainte ca astfel de proprietăți să fie considerate drept prerogativa metalelor simple.

În cele din urmă, în 1926, au apărut primele tranzistoare cu barieră Schottky, iar William Bradford Shockley în 1939 a adus teoria sub acest fenomen.În același timp, Neville Francis Mot a explicat fenomenele care au apărut la intersecția celor două materiale, calculând curentul de difuzie și derivarea principalilor purtători de sarcină.Walter Schottky a completat teoria înlocuind câmpul electric liniar cu o amortizare și adăugând o idee despre donatorii de ioni localizați în stratul de suprafață al unui semiconductor.Încărcarea volumului la interfața sub stratul de metal a fost numită după om de știință.

Davydov a făcut încercări similare de a rezuma teoria existenței în 1939, dar a dat incorect factorii limitativi pentru curent și a făcut alte erori. Concluziile cele mai corecte au fost făcute de Hans Albrecht Bethe în 1942, care au legat curentul de emisia termică a purtătorilor printr-o barieră potențială la limita a două materiale. Astfel, numele modern al fenomenului și al diodelor ar trebui să fie numele ultimului om de știință, teoria Schottky a dezvăluit neajunsuri.

Studiile teoretice se bazează pe dificultatea măsurării funcției de lucru a electronilor dintr-un material într-un vid. Chiar și pentru un metal de aur inerțial și stabil din punct de vedere chimic, anumite indicații variază de la 4 la 4,92 eV.Cu un grad ridicat de vid, în absența mercurului dintr-o pompă sau film de ulei, se obțin valori de 5,2 eV.Odată cu dezvoltarea tehnologiei în viitor, valorile sunt prevăzute mai precis. O altă soluție ar fi folosirea informațiilor despre electronegativitatea materialelor pentru a prezice corect evenimentele la limita de tranziție. Aceste valori( pe scara de votare) sunt cunoscute cu o precizie de 0,1 eV.Din ceea ce sa spus este clar: astăzi nu este posibil să se prevadă corect înălțimea barierului prin metodele indicate și, prin urmare, proprietățile rectificative ale diodelor Schottky.

Cele mai bune căi de a determina înălțimea barierii Schottky

Este permisă determinarea înălțimii prin formula cunoscută( a se vedea figura).Unde C este un coeficient ușor dependent de temperatură.Dependența de tensiunea aplicată Va, în ciuda formei sale complexe, este considerată aproape liniară.Unghiul graficului este q / kT.Înălțimea barierei este determinată în funcție de graficul lui lnJ față de 1 / T la o tensiune fixă.Calcularea se face pe unghiul de înclinare. Formula

O metodă alternativă este de a iradializa tranziția semiconductorilor metalici cu lumină.Sunt utilizate următoarele metode:

1. Lumina trece prin semiconductor.
2. Lumina cade direct pe zona sensibilă a fotocelulei.

Dacă energia fotonului se încadrează în intervalul de energie dintre zona interzisă a semiconductorului și înălțimea barierului, se observă emisia de electroni din metal. Când parametrul este mai mare decât ambele valori, curentul de ieșire crește brusc, ceea ce este ușor de observat la configurarea experimentului. Această metodă face posibilă stabilirea faptului că funcția de lucru pentru același semiconductor, cu diferite tipuri de conductivitate( n și p), dă totală lățimea zonei interzise a materialului.

O nouă metodă pentru determinarea înălțimii barierului Schottky este măsurarea capacității de joncțiune în funcție de tensiunea inversă aplicată.Graficul prezintă forma unei linii drepte care intersectează axa absciselor la punctul care caracterizează valoarea dorită.Rezultatul experimentelor depinde în mare măsură de calitatea pregătirii suprafeței. Studiul metodelor de procesare tehnologică arată că gravarea în acid fluorhidric lasă un strat de peliculă de oxid de 10-20 angstromi pe o mostră de siliciu.

Efectul de îmbătrânire este notat în mod constant. Mai puțin caracteristică a diodelor Schottky formate prin scindarea cristalului.Înălțimile de înălțime a barierelor diferă pentru un anumit material, în unele cazuri ele sunt puternic dependente de electronegativitatea metalelor. Pentru arsenid de galiu, factorul aproape nu apare, în cazul sulfurii de zinc joacă un rol crucial. Dar în ultimul caz, calitatea pregătirii suprafeței are un efect slab, pentru GaAs acest lucru este extrem de important. Sulfura de cadmiu se află într-o poziție intermediară în ceea ce privește aceste materiale.

În studiul sa constatat că majoritatea semiconductorilor se comportă ca GaAs, inclusiv siliciu. Mead a explicat acest lucru prin faptul că se formează o serie de formațiuni pe suprafața materialului, unde energia electronilor se află în regiunea unei treimi a decalajului de bandă din zona de valență.Ca urmare, în contact cu metalul, nivelul Fermi din cel din urmă tinde să ocupe o poziție similară.Istoria se repetă cu orice ghid.În același timp, înălțimea barierei devine diferența dintre nivelul Fermi și marginea banda de conducție din semiconductor.

O influență puternică a electronegativității metalului este observată în materiale cu legături ionice pronunțate. Acestea sunt, în primul rând, silice tetravalentă și sulfură de zinc. Acest fapt se explică prin absența formărilor care afectează nivelul Fermi în metal.În concluzie, adăugați că nu se creează o teorie exhaustivă despre chestiunea în cauză astăzi.

Avantajele diodelor Schottky

Nu este un secret faptul că diodele Schottky servesc drept redresoare la ieșirea surselor de comutare. Producătorii se bazează pe faptul că pierderile de energie și căldura în acest caz sunt mult mai mici. Se constată că scăderea de tensiune în conexiunea directă pe dioda Schottky este de 1,5-2 ori mai mică decât în ​​orice tip de redresor. Să încercăm să explicăm motivul.

Luați în considerare activitatea unei joncțiuni normale pn. Atunci când materialele intră în contact cu două tipuri diferite de conductivitate, difuzarea principalelor transportoare începe dincolo de limita de contact, unde acestea nu mai sunt cele principale.În fizică, acest lucru se numește stratul de barieră.Dacă se aplică un potențial pozitiv regiunii n, principalele transportoare de electroni vor fi atrase instantaneu de ieșire. Apoi, stratul de barieră se extinde, curentul nu curge. Prin pornirea directă, purtătorii principali, dimpotrivă, pătrund pe stratul de barieră, unde se recombinesc activ cu el. Se deschide tranziția, fluxurile curente.

Se pare că nici o diodă simplă nu se deschide și nu se închide instantaneu. Există procese de formare și eliminare a stratului de barieră, care necesită timp. Dioda Schottky se comportă puțin diferit. Tensiunea directă aplicată deschide tranziția, dar injecția de găuri în n-semiconductor practic nu are loc, bariera pentru ei este mare, există puțini astfel de purtători în metal. Cu încorporarea inversă într-un semiconductor puternic dopat capabil să curgă curentul de tunel. Cititorii

, familiarizați cu subiectul iluminării cu LED-uri, știu deja că, inițial, în 1907, Henry Joseph Round a făcut o descoperire pe un detector de cristale. Aceasta este o diodă Schottky în prima aproximație: limita metalului și a carburii de siliciu. Diferența este că astăzi folosesc semiconductorul de tip n și aluminiu.

Dioda Schottky este capabilă nu numai să lumineze: în aceste scopuri utilizează joncțiunea pn. Contactul metalic-semiconductor nu devine întotdeauna rectificat.În cel de-al doilea caz, se numește ohmic și este inclus în majoritatea tranzistoarelor, unde efectele parazitare sunt inutile și dăunătoare. Ce va fi tranziția depinde de înălțimea barierului Schottky. La valorile mari ale parametrului, depășind energia temperaturii, apar proprietățile de rectificare. Proprietățile sunt determinate de diferența dintre funcția de lucru a metalului( în vid) și semiconductor sau prin afinitatea electronică.

Proprietățile de tranziție depind de materialele utilizate și de dimensiunile geometrice.În acest caz, încărcarea de volum este mai mică decât atunci când două semiconductori de diferite tipuri sunt în contact, ceea ce înseamnă că timpul de comutare este redus semnificativ.Într-un caz tipic, acesta se încadrează în intervalul de la sute de ps la zeci de ns. Pentru diode convenționale cel puțin un ordin de mărime mai mare.În teorie, aceasta pare a fi absența unei creșteri a nivelului de barieră cu o tensiune inversă aplicată.Este ușor de explicat scăderea tensiunii mici prin faptul că o parte din tranziție este compusă dintr-un conductor pur. Actuală pentru dispozitivele proiectate pentru tensiuni relativ scăzute de zeci de volți.

În funcție de proprietățile diodelor Schottky, ele sunt utilizate pe scară largă în comutarea surselor de alimentare pentru aparatele de uz casnic. Acest lucru permite reducerea pierderilor, îmbunătățirea modului de funcționare termică a redresoarelor. Zona mică a tranziției provoacă tensiuni reduse de degradare, care este puțin compensată de o creștere a zonei de metalizare a cristalului, care cuprinde o porțiune din regiunea izolată cu silice. Această zonă, asemănătoare unui condensator, când dioda este reluată, slăbește straturile adiacente cu purtători principali de încărcare, îmbunătățind semnificativ performanța.

Datorită vitezei lor, diodele Schottky sunt utilizate în mod activ în circuite integrate destinate utilizării frecvențelor înalte - frecvențe de operare și sincronizare.