Диод Шоттки — это еще один тип полупроводникового диода, который можно использовать в различных приложениях формирования сигналов, переключения и выпрямления, как и любой другой переходный диод. Основное преимущество заключается в том, что падение напряжения в прямом направлении у диода Шоттки существенно меньше, чем 0,7 В у обычного кремниевого диода с pn-переходом.
Диоды Шоттки имеют множество полезных применений: от выпрямления, формирования сигнала и переключения до логических элементов ТТЛ и КМОП, главным образом, благодаря их малой мощности и высокой скорости переключения. Логические элементы Шоттки TTL обозначаются буквами LS, появляющимися где-то в коде схемы их логических элементов, например. 74LS00.
Диоды с PN-переходом образуются путем соединения полупроводникового материала p-типа и n-типа, что позволяет использовать его в качестве выпрямительного устройства, и мы видели, что при прямом смещении область истощения значительно уменьшается, позволяя току течь через него. в прямом направлении, а при обратном смещении область истощения увеличивается, блокируя ток.
Действие смещения pn-перехода с использованием внешнего напряжения для прямого или обратного смещения уменьшает или увеличивает соответственно сопротивление барьера перехода. Таким образом, на соотношение напряжение-ток (характеристическая кривая) типичного диода с pn-переходом влияет значение сопротивления перехода. Помните, что диод с pn-переходом является нелинейным устройством, поэтому его сопротивление постоянному току будет меняться в зависимости как от напряжения смещения, так и от тока, проходящего через него.
При прямом смещении проводимость через переход не начинается до тех пор, пока внешнее напряжение смещения не достигнет «напряжения перегиба», при котором ток в точке быстро увеличивается, а для кремниевых диодов напряжение, необходимое для возникновения прямой проводимости, составляет от 0,65 до 0,7 вольт, как показано.
ВАХ диода с PN-переходом
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 во время производства, а также от того, является ли устройство небольшим сигнальным диодом или выпрямительным диодом гораздо большего размера. Однако напряжение перегиба стандартного германиевого диода намного ниже и составляет примерно 0,3 В, что делает его более подходящим для приложений с малыми сигналами.
Но есть другой тип выпрямительного диода, который имеет небольшое напряжение колена, а также высокую скорость переключения, называемый диодом с барьером Шоттки или просто «диодом Шоттки». Диоды Шоттки могут использоваться во многих тех же приложениях, 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 состоит из куска материала P-типа и куска материала N-типа, диоды Шоттки изготавливаются с использованием металлического электрода, соединенного с полупроводником N-типа. Поскольку они сконструированы с использованием металлического соединения на одной стороне перехода и легированного кремния на другой стороне, диод Шоттки не имеет обедненного слоя и классифицируется как униполярные устройства в отличие от типичных диодов с pn-переходом, которые являются биполярными устройствами.
Наиболее распространенным контактным металлом, используемым для изготовления диода Шоттки, является «силицид», который представляет собой соединение кремния и металла с высокой проводимостью. Этот силицидный металл-кремниевый контакт имеет достаточно низкое значение омического сопротивления, что позволяет протекать большему току, создавая меньшее падение напряжения в прямом направлении, примерно Vƒ<0,4 В при проведении. Различные соединения металлов вызывают разное прямое падение напряжения, обычно от 0,3 до 0,5 В.
Конструкция и обозначение диода Шоттки
Выше показана упрощенная конструкция и обозначение диода Шоттки, в котором слегка легированный кремниевый полупроводник n-типа соединен с металлическим электродом, образуя так называемый «переход металл-полупроводник».
Ширина и, следовательно, электрические характеристики этого перехода металл-полупроводник будут во многом зависеть от типа металлического соединения и полупроводникового материала, используемых в его конструкции, но при прямом смещении электроны перемещаются от материала n-типа к металлическому электроду. позволяя току течь. Таким образом, ток через диод Шоттки является результатом дрейфа основных носителей.
Поскольку нет полупроводникового материала p-типа и, следовательно, нет неосновных носителей заряда (дырок), при обратном смещении проводимость диодов очень быстро прекращается и меняется на блокировку протекания тока, как и 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 перегиба, при котором диод Шоттки включается и начинает проводить ток, находится на гораздо более низком уровне напряжения, чем его эквивалент с pn-переходом, как показано на следующих ВАХ.