Schottky dioda

Schottky dioda je polprevodniški električni usmernik, kjer se kot pregrada uporablja prehod med kovino in polprevodnikom. Tako dobimo uporabne lastnosti: visoka hitrost in padec nizke napetosti v smeri naprej.

Iz zgodovine odkritja Schottkyjevih diod

Popravljalne lastnosti prehoda med kovino in polprevodnikom so prvič opazili Ferdinand Brown leta 1874 na primeru sulfidov. Skozi tok v smeri naprej in nazaj je opazil razliko v višini 30%, kar je v bistvu nasprotovalo Ohmovemu slavnemu zakonu. Brown ni mogel razložiti, kaj se dogaja, vendar je po nadaljevanju raziskave ugotovil, da je odpornost odseka sorazmerna s pretokom toka. Kar je tudi izgledalo nenavadno.

Eksperimenti, ki so jih ponovili fiziki. Na primer, Werner Siemens je opazil podobne lastnosti selena. Brown je ugotovil, da se lastnosti strukture pojavljajo najbolj jasno z majhno količino stikov, povezanih s kristalom sulfida. Raziskovalec je uporabil:

• vzmetno žico s tlakom 1 kg;Stik z živim srebrom
• ;
• bakrena metalizirana blazinica.

Tako se je rodila točkovna dioda, ki je leta 1900 preprečila, da bi naš rojak Popov vzel patent za radijski detektor. V svojem delu Brown predstavlja študijo o manganovi rudi( psilomelane).S pritiskanjem stikov na kristal z objemko in izolacijo gobice od dela, ki prenaša tok, je znanstvenik dosegel odlične rezultate, toda takrat ni bilo nobenega učinka. Ferdinand je opisal nenavadne lastnosti bakrovega sulfida in začel s polprevodniško elektroniko.

Za Brauna so praktično uporabo našli sorodniki. Profesor Jagdish Chandra Bose je 27. aprila 1899 napovedal ustanovitev prvega detektorja / sprejemnika, ki bo deloval skupaj z radijskim oddajnikom. Uporabil je galenit( svinčev oksid) v paru z enostavno žico in ujel valove milimetrskega vala. Leta 1901 je patentiral svoje delo. Možno je, da pod vplivom govorice o Popov. Boschev detektor se uporablja v Marconijevem prvem transatlantskem radijskem programu. Podobno napravo na silicijevem kristalu je leta 1906 patentiral Greenleaf Witter Pickard.

V svojem govoru na Nobelovi nagradi leta 1909 je Brown opozoril, da ne razume načel tega pojava, ki ga je odkril, vendar je odkril številne materiale, ki kažejo nove lastnosti. To je zgoraj omenjeni galen, pirit, piroluzit, tetraedrit in več drugih. Navedeni materiali so pritegnili pozornost iz preprostega razloga: izvedli so električni tok, čeprav so se šteli za spojine elementov periodnega sistema. Pred takimi lastnostmi so veljale za prerogative enostavnih kovin.

Leta 1926 so se pojavili prvi tranzistorji s Schottkyjevo pregrado in William Bradford Shockley je leta 1939 prinesel teorijo pod fenomen. Istočasno je Neville Francis Mot pojasnil pojav, ki se pojavlja na stičišču obeh materialov, izračuna difuzijski tok in premik glavnih nosilcev naboja. Walter Schottky je teorijo dopolnil z zamenjavo linearnega električnega polja z dušenjem in dodajanjem ideje o donorjih ionov, ki se nahajajo v površinskem sloju polprevodnika. Volumenski naboj na vmesniku pod kovinsko plastjo je bil poimenovan po znanstveniku.

Davydov je leta 1939 poskušal povzeti teorijo obstoječega dejstva, vendar je napačno podal omejevalne faktorje za tok in naredil druge napake. Najbolj pravilne zaključke je naredil Hans Albrecht Bethe leta 1942, ki je tok povezal s termionsko emisijo nosilcev skozi potencialno pregrado na meji dveh materialov. Tako bi moralo biti moderno ime pojava in diode ime zadnjega znanstvenika, Schottkyjeva teorija je razkrila pomanjkljivosti.

Teoretične študije temeljijo na težavah merjenja delovne funkcije elektronov iz materiala v vakuum. Tudi za kemično inertno in stabilno kovino zlata so nekatere indikacije od 4 do 4,92 eV.Z visoko stopnjo vakuuma, v odsotnosti živega srebra iz črpalke ali oljnega filma, dobimo vrednosti 5,2 eV.Z razvojem tehnologije v prihodnosti bodo vrednosti natančneje predvidene. Druga rešitev bi bila uporaba informacij o elektronegativnosti materialov za pravilno napovedovanje dogodkov na prehodni meji. Te vrednosti( na merilni lestvici) so znane s točnostjo 0,1 eV.Iz že povedanega je jasno: danes ni mogoče pravilno napovedati višine pregrade z navedenimi metodami in s tem tudi popravljalnih lastnosti Schottkyjevih diod.

Najboljši načini za določanje višine Schottkyjeve pregrade

Dovoljeno je določiti višino po dobro znani formuli( glej sliko).Kjer je C koeficient, ki je nekoliko odvisen od temperature. Odvisnost od uporabljene napetosti Va, kljub njeni zapleteni obliki, velja za skoraj linearno. Kot grafa je q / kT.Višina pregrade je določena glede na diagram lnJ v primerjavi z 1 / T pri fiksni napetosti. Izračun se opravi na nagibnem kotu. Formula

Alternativna metoda je obsevanje prehoda s kovino na polprevodnike s svetlobo. Uporabljajo se naslednje metode:

1. Svetloba prehaja skozi polprevodnik.
2. Svetloba pade neposredno na občutljivo območje fotocelice.

Če energija fotona spada v energijsko vrzel med prepovedano cono polprevodnika in višino pregrade, se opazuje emisija elektronov iz kovine.Če je parameter višji od obeh vrednosti, se izhodni tok močno dvigne, kar se zlahka vidi v eksperimentalni postavitvi. S to metodo je mogoče ugotoviti, da delovna funkcija za isti polprevodnik, z različnimi tipi prevodnosti( n in p), skupaj pomeni širino prepovedane cone materiala.

Nova metoda za določanje višine Schottkyjeve pregrade je merjenje stikalne kapacitivnosti glede na uporabljeno obratno napetost. Graf prikazuje obliko ravne črte, ki seka točko abscise v točki, ki označuje želeno vrednost. Rezultat eksperimentov je močno odvisen od kakovosti priprave površine.Študija tehnoloških metod obdelave kaže, da jedkanje v fluorovodikovi kislini pušča sloj oksidnega filma 10–20 angstromov debel na vzorcu silicija.

Učinek staranja je dosledno zabeležen. Manjša značilnost Schottkyjevih diod, ki so nastale s cepitvijo kristala. Višina pregrad se razlikuje za določen material, v nekaterih primerih so močno odvisni od elektronegativnosti kovin. Za galijev arzenid se faktor skoraj ne pojavi, v primeru, da ima cinkov sulfid ključno vlogo. Toda v slednjem primeru ima kakovost priprave površine šibek učinek, za GaAs je to izjemno pomembno. Kadmijev sulfid je vmesni položaj glede na te materiale.

V študiji se je izkazalo, da se večina polprevodnikov obnaša kot GaAs, vključno s silicijem. Mead je to pojasnil z dejstvom, da se na površini materiala tvori vrsta formacij, kjer energija elektronov leži v območju ene tretjine pasovne vrzeli od valenčnega območja. Posledica tega je, da Fermijev nivo v stiku s kovino zavzame podoben položaj. Zgodovina se ponavlja s katerimkoli vodnikom. Hkrati postane višina pregrade razlika med Fermijevo ravnjo in robom prevodnega pasu v polprevodniku. Močan vpliv elektronegativnosti kovine opazimo v materialih z izrazitimi ionskimi vezmi. To so predvsem tetravalentni silicijev dioksid in cinkov sulfid. To dejstvo je pojasnjeno z odsotnostjo formacij, ki vplivajo na Fermijevo raven v kovini. Na koncu dodamo, da izčrpna teorija o obravnavani zadevi danes ni ustvarjena.

Prednosti Schottky diode

Ni skrivnost, da Schottky diode služijo kot usmerniki na izhodu stikalnih napajalnikov. Proizvajalci počivajo na dejstvu, da je izguba električne energije in toplota v tem primeru veliko nižja. Ugotovljeno je, da je padec napetosti v direktni povezavi na Schottkyjevi diodi 1,5 - 2 krat manjši kot pri vseh vrstah usmernikov. Poskusimo razložiti razlog.

Razmislite o delu normalnega pn-stičišča. Ko materiali pridejo v stik z dvema različnima tipoma prevodnosti, se difuzija glavnih nosilcev začne preko kontaktne meje, kjer niso več glavne. V fiziki se to imenuje pregradna plast.Če se pozitivni potencial uporabi za n-regijo, bodo glavni nosilci elektronov takoj privabljeni na izhod. Nato se pregradna plast razširi, tok ne teče. Z neposrednim vključevanjem, glavni nosilci, nasprotno, napadajo pregradno plast, kjer se z njo aktivno rekombinirajo. Odpre se prehod, tok teče.

Izkazalo se je, da niti odprta niti zaprta preprosta dioda takoj ne uspe. Obstajajo procesi nastajanja in odstranjevanja pregradne plasti, ki zahteva čas. Schottky dioda se obnaša nekoliko drugače. Uporabljena neposredna napetost odpira prehod, vendar se vbrizgavanje lukenj v n-polprevodnik praktično ne dogaja, pregrada zanje je velika, takih nosilcev v kovini je malo. S povratno vključitvijo v močno dopiran polprevodnik, ki lahko pretaka tunelski tok. Bralci

, ki poznajo tematiko LED osvetlitve, že vedo, da je Henry Joseph leta 1907 odkril kristalni detektor. To je Schottky dioda v prvem približku: meja kovine in silicijevega karbida. Razlika je v tem, da danes uporabljajo polprevodnike n-tipa in aluminij.

Schottky dioda ne more samo sijati: za te namene uporabljajo pn-križišče. Stik kovin-polprevodnik ne postane vedno popravljiv. V slednjem primeru se imenuje ohmic in je vključen v večino tranzistorjev, kjer so njegovi parazitni učinki odveč in škodljivi. Prehod bo odvisen od višine schottky pregrade. Pri velikih vrednostih parametra, ki presegajo temperaturno energijo, se pojavijo popravljalne lastnosti. Lastnosti so določene z razliko v delovni funkciji kovine( v vakuumu) in polprevodniku ali z elektronsko afiniteto.

Prehodne lastnosti so odvisne od uporabljenih materialov in geometrijskih dimenzij. Volumenski naboj je v tem primeru manjši od tistega, ko sta v stiku dva polprevodnika različnih tipov, kar pomeni, da se čas preklopa bistveno zmanjša. V tipičnem primeru se prilega v območju od več sto ps do deset ns. Za konvencionalne diode vsaj za red velikosti višje. Teoretično je to videti kot odsotnost povečanja pregradne ravni z uporabljeno povratno napetostjo. Majhen padec napetosti je lahko razložiti z dejstvom, da je del prehoda sestavljen iz čistega prevodnika. Dejansko za naprave, ki so namenjene za razmeroma nizke napetosti desetih voltov.

Glede na lastnosti Schottky diode se široko uporabljajo v impulznih napajalnikih za gospodinjske aparate. To omogoča zmanjšanje izgub, izboljšanje termičnega načina delovanja usmernikov. Majhno območje prehoda povzroča nizke napetosti razbitja, ki se rahlo izravna s povečanjem območja metalizacije na kristalu, ki obsega del območja, izoliranega s silicijevim dioksidom. To področje, ki spominja na kondenzator, ko je dioda ponovno vklopljena, osiromaši sosednje plasti z glavnimi nosilci polnjenja, kar bistveno izboljša zmogljivost.

Zaradi svoje hitrosti se Schottky diode aktivno uporabljajo v integriranih vezjih za uporabo visokih frekvenc - obratovalnih in sinhronizacijskih frekvenc.