Schottkyho dióda

Schottky dióda je polovodičový elektrický usmerňovač, kde sa ako bariéra používa prechod z kovu a polovodiča. V dôsledku toho sa získajú užitočné vlastnosti: vysoká rýchlosť a nízky pokles napätia v smere dopredu.

Z histórie objavu Schottkyho diódy

Opravné vlastnosti kovovo-polovodičového prechodu boli prvýkrát pozorované v roku 1874 Ferdinandom Brownom pomocou príkladu sulfidov. Pri prechode prúdu v smere dopredu a späť zistil rozdiel 30%, čo je v podstate v rozpore so slávnym zákonom Ohm. Brown nemohol vysvetliť, čo sa deje, ale po pokračovaní výskumu zistil, že odpor úseku bol úmerný aktuálnemu prúdeniu. Ktorý tiež vyzeral nezvyčajne.

Experimenty opakované fyzikmi. Napríklad Werner Siemens poznamenal podobné vlastnosti selénu. Brown zistil, že vlastnosti štruktúry sa najviac prejavujú malým množstvom kontaktov pripojených k sulfidovému kryštálu. Výskumník použil: pružinový drôt

• s tlakom 1 kg;Kontakt s ortuťou
• ;
• medené metalizované podložky.

Takže sa zrodila bodová dióda, v roku 1900 zabránila nášmu krajanovi Popovovi vziať patent na rádiový detektor. Brown vo svojej práci prezentuje štúdiu mangánovej rudy( psilomelán).Stlačením kontaktov na kryštál pomocou svorky a izoláciou špongie z prúdovej časti sa vedecký pracovník podaril dosiahnuť vynikajúce výsledky, no v tom čase nebol nájdený žiaden účinok. Popisuje neobvyklé vlastnosti sulfidu medi, Ferdinand označil začiatok elektroniky v polovodičovej sústave.

Pre spoločnosť Braun bolo praktické využitie nájdené rovnako zmýšľajúcimi ľuďmi. Profesor Jagdish Chandra Bose 27. apríla 1899 oznámil vytvorenie prvého detektora / prijímača, ktorý bude pracovať v spojení s rádiovým vysielačom. Používal galenu( oxid olova) v páre s jednoduchým drôtom a chytil milimetrové vlnové vlny. V roku 1901 patentoval svoj brainchild. Je možné, že pod vplyvom povesti o Popovom. Detektor Bosch sa používa v prvom transatlantickom rozhlasovom programe spoločnosti Marconi. Podobný druh zariadenia na kremíkovom kryštáli bol patentovaný v roku 1906 Greenleaf Witter Pickard.

Vo svojom prejave na Nobelovej cene v roku 1909 Brown uviedol, že nechápe princípy javu, ktorý objavil, ale objavil množstvo materiálov s novými vlastnosťami. Toto je už spomínaná galena, pyrit, pyrolusit, tetraedrit a mnoho ďalších. Uvedené materiály upútali pozornosť z jednoduchého dôvodu: vykonali elektrický prúd, hoci boli považované za zložky prvkov periodickej tabuľky. Predtým, ako sa takéto vlastnosti považovali za výsadu jednoduchých kovov.

Nakoniec sa v roku 1926 objavili prvé tranzistory s bariérou Schottky a William Bradford Shockley v roku 1939 priniesol túto teóriu pod fenomén. Zároveň Neville Francis Mot vysvetlil javy vyskytujúce sa na križovatke oboch materiálov, výpočet difúzneho prúdu a posunu hlavných nosičov nábojov. Walter Schottky doplnil túto teóriu nahradením lineárneho elektrického poľa tlmením a pridaním myšlienky donorov iónov nachádzajúcich sa v povrchovej vrstve polovodiča. Objemová kapacita na rozhraní pod kovovou vrstvou bola pomenovaná podľa vedca.

Davydov urobil podobné pokusy zhrnúť teóriu o existujúcej skutočnosti v roku 1939, ale nesprávne uviedol obmedzujúce faktory pre súčasnosť a urobil ďalšie chyby. Najpravnejší záver urobil Hans Albrecht Bethe v roku 1942, ktorý spojil prúd s termionickým vyžarovaním nosičov prostredníctvom potenciálnej bariéry na rozhraní dvoch materiálov. Takže moderný názov fenoménu a diód by mal byť meno posledného vedca, Schottkyho teória odhalila chyby.

Teoretické štúdie spočívajú na ťažkostiach merania pracovnej funkcie elektrónov z materiálu do vákua. Dokonca aj pre chemicky inertný a stabilný kov zlata sa určité indikácie pohybujú od 4 do 4,92 eV.Pri vysokom stupni vákua sa v neprítomnosti ortuti z čerpadla alebo olejového filmu dosiahnu hodnoty 5,2 eV.Pri vývoji technológie v budúcnosti sa hodnoty predpokladajú presnejšie.Ďalším riešením by bolo použitie informácií o elektronegativite materiálov na správne predpovedanie udalostí na hranici prechodu. Tieto hodnoty( na stupnici dotazovania) sú známe s presnosťou 0,1 eV.Z toho, čo bolo povedané, je jasné, že dnes nie je možné správne predpovedať výšku bariéry uvedenými metódami a preto aj opravnými vlastnosťami diód Schottky.

Najlepšie spôsoby, ako určiť výšku bariéry Schottky

Je prípustné určiť výšku známym vzorcom( pozri obrázok).Kde C je koeficient mierne závislý od teploty. Závislosť od aplikovaného napätia Va, napriek jeho zložitému tvaru, sa považuje za takmer lineárnu. Uhol grafu je q / kT.Výška bariéry sa určuje podľa grafu lnJ oproti 1 / T pri pevnom napätí.Výpočet sa vykonáva na uhle sklonu. Formulár

Alternatívnou metódou je ožarovanie kovovo-polovodičového prechodu svetlom. Používajú sa nasledujúce metódy:

1. Svetlo prechádza cez polovodič.
2. Svetlo dopadá priamo na citlivú oblasť fotobunky.

Ak sa fotónová energia dostane do medzery energie medzi zakázanou oblasťou polovodiča a výškou bariéry, pozoruje sa elektrónová emisia z kovu. Keď je parameter vyšší ako obidve tieto hodnoty, výstupný prúd prudko stúpa, čo sa dá ľahko vidieť v experimentálnom nastavení.Táto metóda umožňuje zistiť, že pracovná funkcia pre ten istý polovodič s rôznymi druhmi vodivosti( n a p) celkovo udáva šírku zakázanej zóny materiálu.

Nová metóda na stanovenie výšky Schottkyho bariéry je meranie križovatky v závislosti od použitého spätného napätia. Graf zobrazuje tvar priamej čiary pretínajúcej os osi osi v bode, ktorý charakterizuje požadovanú hodnotu. Výsledok experimentov silne závisí od kvality prípravy povrchu.Štúdium metód technologického spracovania ukazuje, že leptanie v kyseline fluorovodíkovej opúšťa vrstvu oxidu filmu o hrúbke 10 až 20 angstromov na kremíkovom vzorke.

Účinok starnutia je dôsledne zaznamenaný.Menej charakteristická je Schottky diódy tvorené štiepením kryštálu. Výška bariéry sa v jednotlivých materiáloch líši, v niektorých prípadoch sú silne závislé od elektronegnosti kovov. Pre arsenid gáliového sa faktor takmer neobjavuje, v prípade sulfidu zinočnatého zohráva rozhodujúcu úlohu. Ale v druhom prípade kvalita prípravy povrchu má slabý efekt, čo je pre GaAs mimoriadne dôležité.Sulfid kadmia je v medzipolohe vzhľadom na tieto materiály.

V štúdii sa ukázalo, že väčšina polovodičov sa správa ako GaAs, vrátane kremíka. Mead to vysvetlil tým, že na povrchu materiálu sa tvorí séria formácií, kde elektrónová energia leží v oblasti jednej tretiny medzery pásma od valenčnej zóny. Výsledkom toho je, že pri kontakte s kovom má hladina Fermi v tejto polohe podobnú pozíciu. História sa opakuje s ľubovoľným sprievodcom. V rovnakej dobe sa výška bariéry stáva rozdielom medzi úrovňou Fermi a okrajom vodivého pásma v polovodiči.

Silný vplyv elektronegativity kovu sa pozoruje v materiáloch s výraznými iónovými väzbami. Ide predovšetkým o tetravalentný oxid kremičitý a sulfid zinočnatý.Táto skutočnosť je vysvetlená absenciou formácií, ktoré ovplyvňujú úroveň Fermiho v kovu. Záverom dodajte, že vyčerpávajúca teória o dnešnej problematike nie je vytvorená.

Výhody schottkych diód

Nie je žiadnym tajomstvom, že Schottky diódy slúžia ako usmerňovače na výstupe spínaných napájacích zdrojov. Výrobcovia spočívajú na tom, že strata energie a teplo v tomto prípade je oveľa nižšia. Je zistené, že pokles napätia v priamom pripojení na Schottkyho diódu je 1,5 - 2 krát menší ako pri akomkoľvek druhu usmerňovačov. Pokúsme sa vysvetliť dôvod.

Zvážte prácu normálnej pn-junction. Keď sa materiály dostanú do kontaktu s dvoma rôznymi typmi vodivosti, difúzia hlavných nosných prvkov začína nad hranicou kontaktov, kde už nie sú hlavné.Vo fyzike sa to nazýva bariérová vrstva. Ak sa kladný potenciál uplatní na n-región, hlavné nosiče elektrónov budú okamžite priťahované k výstupu. Potom sa bariérová vrstva rozširuje, prúd netečie. S priamym zapnutím hlavné nosiče, naopak, idú na bariérovú vrstvu, kde sa s ňou aktívne rekombinujú.Prechod sa otvára, aktuálne toky.

Ukázalo sa, že ani otvorená ani zatvorená jednoduchá dióda okamžite zlyhá.Existujú procesy tvorby a eliminácie bariérovej vrstvy, čo si vyžaduje čas. Schottkyho dióda sa správa trochu inak. Použitie priameho napätia otvára prechod, ale vstrekovanie otvorov do n-polovodiča prakticky nedochádza, bariéra pre nich je veľká, existuje len málo takýchto nosičov v kovu. S opačným zaradením do silne dopovaného polovodiča, ktorý je schopný prúdiť tunelový prúd.

Čitatelia, oboznámení s témou LED osvetlenia, už vedia, že pôvodne v roku 1907 urobil Henry Joseph Round objav na detektore kryštálov. Toto je Schottkyho dióda v prvej aproximácii: hranica kovu a karbidu kremíka. Rozdiel je v tom, že dnes používajú polovodičové polovodiče typu n a hliník.

Schottkyho dióda môže nielen osvetliť: pre tieto účely p-n-spojenie. Kontakt s kovom a polovodičom sa vždy nerešpektuje. V druhom prípade sa nazýva ohmický a je zahrnutý vo väčšine tranzistorov, kde jeho parazitické účinky sú nadbytočné a škodlivé.Čo bude prechod závisieť od výšky schottkyovej bariéry. Pri veľkých hodnotách parametra, ktoré prevyšujú tepelnú energiu, sa objavujú rektifikačné vlastnosti. Vlastnosti určená rozdielom v pracovnej funkcii kovu( vo vákuu) a polovodičového alebo elektrónové afinity.

Prechodové vlastnosti závisia od použitých materiálov a od geometrických rozmerov. Objemová záťaž je v tomto prípade menšia, než keď sú dva polovodiče rôznych typov v kontakte, čo znamená, že doba prepínania je výrazne znížená.V typickom prípade sa pohybuje v rozmedzí od stoviek ps do desiatok ns. Pri konvenčných diódach je aspoň o rád väčší.Teoreticky to vyzerá ako absencia zvýšenia úrovne bariéry s aplikovaným spätným napätím. Je ľahké vysvetliť malý pokles napätia tým, že časť prechodu je zložená z čistého vodiča. Skutočná hodnota pre zariadenia navrhnuté pre pomerne nízke napätia desiatok voltov. V súlade s tým

vlastnosti Schottkyho diód, ktoré sú široko používané v spínaných zdrojov pre domáce spotrebiče. To umožňuje znížiť straty, zlepšiť tepelný režim prevádzky usmerňovačov. Malá plocha prechodu spôsobuje nízke poruchy napätia, čo je mierne kompenzované zvýšením plochy metalizácie kryštálov, ktorá zahŕňa časť oblasti izolovanej oxidom kremičitým. Táto oblasť, pripomínajúca kondenzátor, keď sa dióda znovu zapne, ochudobňuje priľahlé vrstvy s hlavnými nosičmi nábojov, čo výrazne zlepšuje výkonnosť.

Vzhľadom na svoju rýchlosť sa Schottky diódy aktívne používajú v integrovaných obvodoch zameraných na použitie vysokých frekvencií - frekvencie prevádzky a synchronizácie.