Диод Шоттки - это еще один тип полупроводниковых диодов, который может использоваться в различных областях формирования волн, коммутации и выпрямления так же, как и любой другой переходный диод. Основным преимуществом является то, что прямое падение напряжения диода Шоттки существенно меньше, чем 0,7 вольта у обычного кремниевого диода с pn-переходом.
Диоды Шоттки имеют множество полезных применений - от выпрямления, формирования сигнала и коммутации до логических элементов TTL и CMOS, главным образом благодаря их низкой мощности и высокой скорости переключения. Логические элементы Шоттки TTL идентифицируются буквами LS, появляющимися где-то в коде схемы их логического элемента, например, 74LS00.
Диоды с PN-переходом формируются путем соединения полупроводниковых материалов p-типа и n-типа, что позволяет использовать их в качестве выпрямительного устройства, и мы видели, что при прямом смещении область истощения значительно уменьшается, позволяя току проходить через нее в прямом направлении, а при обратном смещении область истощения значительно уменьшается. область истощения увеличивается, блокируя протекание тока.
Действие смещения pn-перехода с использованием внешнего напряжения для его прямого или обратного смещения уменьшает или увеличивает соответственно сопротивление барьера перехода. Таким образом, на зависимость напряжения от тока (характеристическую кривую) типичного диода с pn-переходом влияет значение сопротивления перехода. Помните, что диод с pn-переходом является нелинейным устройством, поэтому его сопротивление постоянному току будет изменяться как в зависимости от напряжения смещения, так и от протекающего через него тока.
При прямом смещении проводимость через переход не начинается до тех пор, пока напряжение внешнего смещения не достигнет “напряжения колена”, в этот момент ток быстро увеличивается, а для кремниевых диодов напряжение, необходимое для возникновения прямого смещения, составляет около 0,65-0,7 вольт, как показано на рисунке.
Диод IV с PN-переходом-Характеристики
Для практических кремниевых переходных диодов это напряжение колена может составлять от 0,6 до 0,9 вольт в зависимости от того, как оно было легировано при изготовлении, и является ли устройство небольшим сигнальным диодом или гораздо большим выпрямительным диодом. Однако напряжение колена для стандартного германиевого диода намного ниже и составляет примерно 0,3 вольта, что делает его более подходящим для применения с малыми сигналами.
Но есть другой тип выпрямительного диода, который имеет небольшое напряжение на колене, а также высокую скорость переключения, называемый барьерным диодом Шоттки, или просто “Диод Шоттки”. Диоды Шоттки могут использоваться во многих тех же областях применения, что и обычные диоды с pn-переходом, и имеют множество различных применений, особенно в цифровой логике, возобновляемых источниках энергии и солнечных панелях.
Диод Шоттки
В отличие от обычного диода с pn-переходом, который выполнен из куска материала P-типа и куска материала N-типа, диоды Шоттки сконструированы с использованием металлического электрода, соединенного с полупроводником N-типа. Поскольку они сконструированы с использованием металлического соединения с одной стороны их перехода и легированного кремния с другой стороны, диод Шоттки, следовательно, не имеет обедненного слоя и классифицируется как однополярные устройства, в отличие от типичных диодов с pn-переходом, которые являются биполярными устройствами.
Наиболее распространенным контактным металлом, используемым для изготовления диодов Шоттки, является “Силицид”, который представляет собой высокопроводящее соединение кремния и металла. Этот силицидный контакт металл-кремний имеет достаточно низкое значение омического сопротивления, позволяющее протекать большему току, что приводит к меньшему падению прямого напряжения, составляющему около V Ƒ<0,4 В при проведении. Различные соединения металлов будут вызывать различные падения прямого напряжения, обычно от 0,3 до 0,5 Вольт.
Конструкция и символ диода Шоттки
Выше показана упрощенная конструкция и символ диода Шоттки, в котором легированный кремниевый полупроводник n-типа соединен с металлическим электродом для получения так называемого “перехода металл-полупроводник”.
Ширина и, следовательно, электрические характеристики этого перехода металл-полупроводник будут в значительной степени зависеть от типа металлического соединения и полупроводникового материала, используемого в его конструкции, но при прямом смещении электроны перемещаются от материала n-типа к металлическому электроду, позволяя протекать току. Таким образом, ток через диод Шоттки является результатом дрейфа основных носителей.
Поскольку в диоде нет полупроводникового материала p-типа и, следовательно, нет неосновных носителей заряда (дырок), при обратном смещении проводимость диодов очень быстро прекращается и изменяется на блокирующий ток, как в обычном диоде с pn-переходом. Таким образом, диод Шоттки очень быстро реагирует на изменения смещения и демонстрирует характеристики выпрямительного диода.
Как обсуждалось ранее, напряжение колена, при котором диод Шоттки “включается” и начинает проводить ток, находится на гораздо более низком уровне напряжения, чем его эквивалент на pn-переходе, как показано в следующих вольтамперных характеристиках.