به خانواده بی شماری از دیودهای نیمه هادی که با نام دانشمندانی که این اثر غیرمعمول را کشف کرده اند ، نامگذاری شده است ، می توان یکی دیگر از آنها را اضافه کرد. این یک دیود شاتکی است.

والتر شوتکا ، فیزیکدان آلمانی ، به اصطلاح اثر سد ناشی از یک فن آوری خاص برای ایجاد انتقال فلز نیمه هادی را کشف و بررسی کرد.

"ترفند" اصلی دیود Schottky این است که ، بر خلاف دیودهای معمولی ، اساس p-nانتقال ، در اینجا از یک انتقال نیمه هادی فلزی استفاده می شود ، که به آن سد شوتکی نیز گفته می شود. این مانع ، درست مثل نیمه هادی p-nانتقال ، دارای خاصیت هدایت الکتریکی یک طرفه و تعدادی از خصوصیات متمایز است.

سیلیکون (Si) و گالیم آرسنید (GaAs) ، و همچنین فلزاتی مانند طلا ، نقره ، پلاتین ، پالادیوم و تنگستن ، عمدتا به عنوان مواد برای ساخت دیودهای مانع شواتکی استفاده می شود.

در نمودارهای شماتیکدیود شاتکی به این شکل نشان داده شده است.

همانطور که مشاهده می کنید ، تصویر آن تا حدودی متفاوت از تعیین دیود نیمه هادی معمولی است.

علاوه بر این تعیین ، می توانید تصویری از یک دیود (مونتاژ) دوتایی Schottky را نیز در نمودارها پیدا کنید.

دیود دوگانه دو دیود است که در یک محفظه مشترک نصب شده است. لیدهای کاتد یا آندها با هم ترکیب می شوند. بنابراین ، چنین مونتاژ ، به طور معمول ، دارای سه پایه است. در سوئیچینگ منابع تغذیه ، معمولاً از مجموعه هایی با کاتد مشترک استفاده می شود.

از آنجا که این دو دیود در یک محفظه قرار دارند و در یک فرآیند تکنولوژیکی ساخته می شوند ، پارامترهای آنها بسیار نزدیک است. از آنجا که آنها در یک مورد قرار می گیرند ، رژیم دمایی آنها یکسان است. این قابلیت اطمینان و عمر مفید عنصر را افزایش می دهد.

دیودهای شاتکی دارای دو کیفیت مثبت هستند: افت ولتاژ بسیار اندک جلو (0.2-0.4 ولت) در محل اتصال و سرعت پاسخ بسیار بالا.

متأسفانه ، چنین افت ولتاژ کمی در ولتاژ اعمال شده بیش از 50-60 ولت رخ می دهد. با افزایش بیشتر ، دیود Schottky مانند یک دیود یکسو کننده سیلیکون معمولی رفتار می کند. حداکثر ولتاژ معکوس برای Schottky معمولاً از 250 ولت بیشتر نیست ، اگرچه می توانید نمونه های طراحی شده برای 1.2 کیلو ولت را در فروش پیدا کنید (VS-10ETS12-M3).

بنابراین ، یک دیود دوتایی شاتکی (یکسو کننده شوتکی) 60CPQ150برای حداکثر ولتاژ معکوس 150 ولت طراحی شده است و هر یک از دیودهای مجموعه قادر به عبور 30 ​​آمپر از اتصال مستقیم هستند!

همچنین می توانید نمونه هایی را پیدا کنید که برای یک نیم دوره اصلاح شده اند و جریان آنها می تواند به حداکثر 400 آمپر برسد! به عنوان مثال مدل VS-400CNQ045 است.

اغلب ، در نمودارهای شماتیک ، یک نمایش گرافیکی پیچیده از کاتد به سادگی حذف می شود و دیود Schottky به عنوان یک دیود معمولی به تصویر کشیده می شود. و نوع عنصر مورد استفاده در مشخصات مشخص شده است.

از معایب دیودهای دارای مانع Schottky می توان به این واقعیت اشاره کرد که حتی با ولتاژ معکوس بیش از حد کوتاه مدت ، بلافاصله خراب می شوند و از همه مهمتر قابل برگشت نیستند. در حالی که شیرهای سیلیکونی پس از خاتمه ولتاژ کاملا خود بازیابی می شوند و به کار خود ادامه می دهند. علاوه بر این ، جریان معکوس دیودها به شدت به دمای محل اتصال بستگی دارد. شکست حرارتی در جریان معکوس بزرگ رخ می دهد.

ویژگی های مثبت دیودهای Schottky ، علاوه بر سرعت بالا و در نتیجه ، زمان بازیابی کوتاه ، می تواند به ظرفیت کوچک محل اتصال (مانع) نسبت داده شود ، که به شما امکان می دهد فرکانس عملکرد را افزایش دهید. این اجازه می دهد تا از آنها در یکسو کننده های پالس با فرکانس صدها کیلوهرتز استفاده شود. از بسیاری از دیودهای شاتکی در میکروالکترونیک یکپارچه استفاده می شود. دیودهای Schottky با فناوری نانو در مدارهای مجتمع گنجانیده شده اند و محل اتصال ترانزیستور را برای بهبود عملکرد دور می زنند.

در عمل رادیویی آماتور ، دیودهای شاتکی از سری 1N581x (1N5817 ، 1N5818 ، 1N5819) ریشه دوانده اند. همه آنها برای حداکثر جریان جلو طراحی شده اند ( I F (AV)) - 1 آمپر و ولتاژ معکوس ( V RRM) از 20 تا 40 ولت. افت ولتاژ ( V F) در محل اتصال بین 0.45 تا 0.55 ولت است. همانطور که قبلا ذکر شد ، افت ولتاژ جلو ( افت ولتاژ به جلو) برای دیودهای دارای مانع Schottky بسیار کم است.

همچنین یک عنصر نسبتاً شناخته شده 1N5822 است. برای جریان مستقیم 3 آمپر طراحی شده و در یک بسته DO-201AD ساخته شده است.

همچنین در صفحه های مدار چاپی می توانید دیودهای سری SK12 - SK16 را برای نصب سطح پیدا کنید. اندازه آنها کاملاً کوچک است. با وجود این ، SK12-SK16 می تواند جریانهای جلو تا 1 آمپر را در ولتاژ معکوس 20 - 60 ولت تحمل کند. افت ولتاژ جلو 0.55 ولت (برای SK12 ، SK13 ، SK14) و 0.7 ولت (برای SK15 ، SK16) است. همچنین ، در عمل ، می توانید دیودهای سری SK32 - SK310 را پیدا کنید ، به عنوان مثال ، SK36، که برای جریان مستقیم 3 آمپر طراحی شده است.

استفاده از دیودهای شاتکی در منابع تغذیه.

دیودهای شاتکی به طور فعال در منابع تغذیه رایانه و تنظیم کننده های ولتاژ سوئیچینگ استفاده می شوند. در میان ولتاژهای تغذیه ولتاژ پایین ، بیشترین جریان زیاد (دهها آمپر) ولتاژهای 3/3 ولت و 5/5 ولت است. در این منابع تغذیه ثانویه است که از دیودهای سد شوتکی استفاده می شود. اغلب اوقات ، از مجموعه های سه سرب با یک کاتد مشترک استفاده می شود. این استفاده از مجامع است که می تواند نشانه ای از یک منبع تغذیه با کیفیت بالا و از نظر فنی پیشرفته باشد.

خرابی دیودهای شاتکی یکی از رایج ترین ایرادات در تعویض منبع تغذیه است. این می تواند دو حالت "مرده" داشته باشد: خرابی برق و نشت خالص. اگر یکی از این شرایط وجود داشته باشد ، با ایجاد محافظت ، منبع تغذیه رایانه مسدود می شود. اما این می تواند به روش های مختلفی اتفاق بیفتد.

در حالت اول ، تمام ولتاژهای ثانویه وجود ندارد. حفاظت منبع تغذیه را مسدود کرد. در حالت دوم ، فن "تاب می خورد" و در خروجی منبع تغذیه به صورت دوره ای امواج ولتاژ ظاهر می شوند و از بین می روند.

یعنی مدار محافظ به صورت دوره ای کار می کند اما مسدود شدن کامل منبع تغذیه اتفاق نمی افتد. اگر رادیاتوری که روی آن نصب شده اند بسیار گرم باشد تا زمانی که بوی نامطبوع ظاهر شود ، تضمین می شود که دیودهای شاتکی خراب شوند. و آخرین گزینه تشخیصی مرتبط با نشت: وقتی بار پردازنده مرکزی در حالت چند برنامه افزایش می یابد ، منبع تغذیه خود به خود خاموش می شود.

باید در نظر داشت که هنگام تعمیر حرفه ای منبع تغذیه پس از تعویض دیودهای ثانویه ، به ویژه با ظن نشت ، تمام ترانزیستورهای قدرت که عملکرد کلیدها را انجام می دهند باید بررسی شوند و برعکس: پس از تعویض ترانزیستورهای کلیدی ، بررسی دیودهای ثانویه یک رویه اجباری است. همیشه باید این اصل را هدایت کرد: دردسر تنها نمی آید.

بررسی دیودهای شاتکی با یک مولتی متر.

می توانید دیود شاتکی را با استفاده از یک مولتی متر معمولی بررسی کنید. این تکنیک همان آزمایش دیود نیمه هادی اتصال pn است. اما در اینجا نیز دام هایی وجود دارد. به خصوص آزمایش دیود نشت كننده بسیار دشوار است. اول از همه ، عنصر برای بررسی دقیق تر باید از مدار خارج شود. شناسایی دیود کاملاً سوراخ شده به اندازه کافی آسان است. در تمام محدوده های اندازه گیری مقاومت ، عنصر معیوب دارای مقاومت بی نهایت کم ، چه در اتصال مستقیم و چه معکوس است. این مساوی با اتصال کوتاه است.

آزمایش دیود با احتمال نشت مشکل تر است. اگر آزمایشی با مولتی متر DT-830 در حالت "دیود" انجام دهیم ، آنگاه شاهد یک عنصر کاملاً قابل استفاده خواهیم بود. می توانید مقاومت معکوس آن را در حالت اهم متر اندازه گیری کنید. در حد "20kOhm" ، مقاومت بازگشت بی نهایت زیاد تعریف می شود. اگر دستگاه حداقل مقداری مقاومت نشان دهد ، مثلاً 3 kΩ ، بنابراین این دیود باید مشکوک تلقی شود و به یک خوب شناخته شده تغییر یابد. تعویض کامل دیودهای شاتکی در خطوط برق 3.3 ولت و 5.0 ولت + می تواند 100٪ تضمین کند.

دیودهای Schottky در الکترونیک کجا استفاده می شوند؟ آنها را می توان در دستگاه های نسبتاً عجیب و غریب مانند آشکارسازهای تابش آلفا و بتا ، آشکارسازهای تابش نوترون ، و اخیراً صفحات خورشیدی در اتصالات سد شوتکی مونتاژ کرد. به طوری که آنها برق فضاپیماها را تأمین می کنند.

دیودهای Schottky یا به عبارت دقیق تر ، دیودهای مانع Schottky ، وسایل نیمه هادی ساخته شده بر اساس تماس فلز و نیمه هادی هستند ، در حالی که دیودهای معمولی از اتصال pn نیمه هادی استفاده می کنند.

دیود شاتکی نام و شکل ظاهری خود را در الکترونیک مدیون والتر شاتکی فیزیکدان آلمانی است ، که در سال 1938 با مطالعه اثر سد تازه کشف شده ، نظریه قبلی را تأیید کرد که طبق آن حتی انتشار الکترون از فلز با مانع احتمالی مانع می شود ، اما با اعمال میدان الکتریکی خارجی ، این مانع کاهش می یابد. والتر شاتکی به احترام دانشمند این اثر را كه در آن زمان اثر شاتكی نامیده شد ، كشف كرد.

با بررسی تماس بین فلز و نیمه هادی ، می توان دریافت که اگر در نزدیکی سطح نیمه هادی ، ناحیه ای از حامل های شارژ اکثریت تخلیه شده باشد ، در منطقه تماس این نیمه هادی با فلز در سمت نیمه هادی ، یک منطقه شارژ فضایی پذیرندگان و اهداکنندگان یونیزه شکل گرفته و یک تماس مسدود کننده محقق می شود - مانع بسیار شاتکی ... تحت چه شرایطی این مانع بوجود می آید؟ جریان انتشار حرارتی از سطح یک جامد توسط معادله ریچاردسون تعیین می شود:

بگذارید شرایطی را ایجاد کنیم که در اثر برخورد یک نیمه هادی ، به عنوان مثال n-type ، با یک فلز ، عملکرد کار ترمودینامیکی الکترونها از فلز بیشتر از عملکرد کار ترمودینامیکی الکترونها از نیمه هادی باشد. در چنین شرایطی ، مطابق با معادله ریچاردسون ، جریان تابش حرارتی از سطح نیمه رسانا بیشتر از جریان تابش گرمایی از سطح فلز خواهد بود:

در لحظه اولیه زمان ، با تماس این مواد ، جریان از نیمه هادی به فلز از جریان معکوس (از فلز به نیمه هادی) فراتر خواهد رفت ، در نتیجه در مناطق نزدیک سطح هر دو نیمه هادی و فلز ، بارهای فضایی شروع به تجمع می کنند - مثبت در نیمه هادی و منفی - در فلز. در منطقه تماس ، یک میدان الکتریکی تشکیل شده توسط این بارها بوجود می آید ، و یک خم شدن از نوارهای انرژی اتفاق می افتد.

تحت عمل میدان ، عملکرد کار ترمودینامیکی برای نیمه هادی افزایش می یابد و این افزایش تا زمانی ادامه می یابد که عملکردهای ترمودینامیکی و جریان های تابشی حرارتی مربوطه اعمال شده به سطح در منطقه تماس برابر شوند.

تصویر انتقال به حالت تعادل با تشکیل یک مانع پتانسیل برای یک نیمه هادی از نوع p و یک فلز مشابه نمونه در نظر گرفته شده با نیمه هادی نوع n و یک فلز است. نقش ولتاژ خارجی تنظیم ارتفاع سد پتانسیل و مقاومت میدان الکتریکی در ناحیه شارژ فضای نیمه هادی است.

شکل بالا نمودارهای منطقه ای از مراحل مختلف تشکیل مانع شاتکی را نشان می دهد. تحت شرایط تعادل در منطقه تماس ، جریان های تابشی گرمایی برابر می شوند ، به دلیل اثر میدان ، یک مانع بالقوه ظاهر می شود ، ارتفاع آن برابر با تفاوت بین توابع کار ترمودینامیکی است: φκ = FMe - Фп / п.

بدیهی است که مشخصه ولتاژ جریان برای سد شاتکی نامتقارن است. در جهت جلو ، جریان با ولتاژ اعمال شده رشد نمایی می کند. در جهت مخالف ، جریان مستقل از ولتاژ است. در هر دو حالت ، جریان توسط الکترون ها به عنوان حامل های اصلی بار هدایت می شود.

بنابراین ، دیودهای Schottky با سرعت خود متمایز می شوند ، زیرا آنها فرایندهای انتشار و ترکیب مجدد را که نیاز به زمان اضافی دارند ، حذف می کنند. وابستگی جریان به ولتاژ با تغییر در تعداد حامل ها متصل است ، زیرا این حامل ها در روند انتقال بار شرکت می کنند. ولتاژ خارجی تعداد الکترونهایی را که می توانند از یک طرف سد شوتکی به طرف دیگر منتقل کنند تغییر می دهد.

با توجه به تکنولوژی ساخت و بر اساس اصل عملکرد شرح داده شده ، دیودهای Schottky افت ولتاژ کمی در جهت جلو دارند ، بسیار کمتر از دیودهای p-n- سنتی.

در اینجا ، حتی یک جریان اولیه کوچک از طریق منطقه تماس منجر به آزاد شدن گرما می شود ، که پس از آن به ظاهر حامل های جریان اضافی کمک می کند. در این حالت ، هیچ تزریق حامل شارژ اقلیت وجود ندارد.

بنابراین ، دیودهای شاتکی ظرفیت پراکنده ندارند ، زیرا هیچ حامل اقلیت وجود ندارد و در نتیجه ، سرعت در مقایسه با دیودهای نیمه هادی نسبتاً زیاد است. این یک شباهت از یک اتصال غیر متقارن تیز-p-n است.

بنابراین ، اول از همه ، دیودهای Schottky دیودهای مایکروویو برای اهداف مختلف هستند: ردیاب ، مخلوط کردن ، انتقال بهمن ، پارامتری ، پالس ، ضرب. از دیودهای شاتکی می توان به عنوان ردیاب تشعشع ، فشار سنج ، ردیاب تابش هسته ای ، تعدیل کننده نور و در آخر - یکسو کننده های جریان با فرکانس بالا استفاده کرد.

تعیین دیود شاتکی روی نمودارها

دیودهای شاتکی امروز

امروزه دیودهای Schottky به طور گسترده ای در استفاده می شوند لوازم برقی... در نمودارها ، آنها متفاوت از دیودهای معمولی نشان داده شده اند. اغلب می توانید دو نفره پیدا کنید دیودهای یکسو کننده Schottky ، ساخته شده در یک محفظه سه پین ​​معمولی برای سوئیچ های قدرت. چنین ساختارهای دوتایی حاوی دو دیود شاتکی در داخل هستند که توسط کاتد یا آند متحد می شوند و بیشتر توسط کاتد.

دیودهای موجود در مجموعه پارامترهای بسیار مشابهی دارند ، زیرا هر یک از این مجموعه ها در یک چرخه تکنولوژیکی تولید می شوند و در نتیجه ، دمای عملکرد آنها به ترتیب یکسان است و قابلیت اطمینان بالاتر است. افت ولتاژ مستقیم 0.2 - 0.4 ولت همراه با سرعت زیاد (واحد های نانو ثانیه) از مزایای بدون شک دیودهای Schottky نسبت به نمونه های p-n است.

ویژگی سد شوتکی در دیودها ، در رابطه با افت ولتاژ پایین ، در ولتاژهای اعمال شده تا 60 ولت خود را نشان می دهد ، اگرچه سرعت ثابت است. امروزه دیودهای Schottky از نوع 25CTQ045 (برای ولتاژ تا 45 ولت ، برای جریان تا 30 آمپر برای هر یک از جفت دیودهای مونتاژ) را می توان در بسیاری از منابع تغذیه سوئیچینگ یافت ، جایی که آنها به عنوان یکسو کننده برق برای جریان ها عمل می کنند تا چند صد کیلوهرتز.

غیرممکن است که به موضوع کاستی های دیودهای Schottky توجه نکنید ، البته آنها وجود دارند ، و دو مورد وجود دارد. اولاً ، ولتاژ بحرانی بیش از حد کوتاه مدت ، دیود را فوراً از کار می اندازد. ثانیا ، دما به شدت بر روی حداکثر جریان بازگشت تأثیر می گذارد. در دمای اتصال بسیار بالا ، دیود به راحتی کار می کند حتی هنگام کار در ولتاژ نامی.

حتی یک آماتور رادیویی نمی تواند بدون دیودهای Schottky در عمل کار کند. مشهورترین دیودها را می توان در اینجا ذکر کرد: 1N5817 ، 1N5818 ، 1N5819 ، 1N5822 ، SK12 ، SK13 ، SK14. این دیودها هم در نسخه خروجی و هم در SMD موجود است. نکته اصلی که آماتورهای رادیویی برای آنها بسیار ارزش قائل هستند سرعت بالا و افت ولتاژ پایین در محل اتصال - حداکثر 0.55 ولت - با قیمت پایین این قطعات است.

نادر تخته مدار چاپیدیودهای Schottky را برای یک منظور یا دیگر توزیع می کند. در جایی دیود Schottky به عنوان یکسوساز کم مصرف برای مدار بازخورد عمل می کند ، جایی - به عنوان یک تثبیت کننده ولتاژ در سطح 0.3 - 0.4 ولت ، و در جایی یک ردیاب است.

در جدول زیر ، پارامترهای رایج ترین دیودهای Schottky کم مصرف امروزی را مشاهده می کنید.

دیود Schottky یک عنصر یکسو کننده الکتریکی نیمه هادی است که از اتصال فلز نیمه هادی به عنوان مانع استفاده می کند. در نتیجه ، خواص مفیدی بدست می آیند: سرعت بالا و افت ولتاژ پایین در جهت جلو.

از تاریخ کشف دیودهای شاتکی

خصوصیات اصلاح کننده انتقال فلز و نیمه هادی اولین بار در سال 1874 توسط فردیناند براون با استفاده از مثال سولفیدها مشاهده شد. وی با عبور جریان از مسیرهای جلو و معکوس ، تفاوت 30٪ را مشاهده کرد که این امر اساساً با قانون معروف اوم مغایرت داشت. براون نمی توانست آنچه را که اتفاق می افتد توضیح دهد ، اما با ادامه تحقیقات خود دریافت که مقاومت مقطع متناسب با جریان جاری است. که غیرمعمول هم به نظر می رسید.

این آزمایشات توسط فیزیکدانان تکرار شد. به عنوان مثال ، ورنر زیمنس خصوصیات مشابه سلنیوم را ذکر کرد. براون دریافت که خصوصیات سازه وقتی برجسته تر می شوند که اندازه آنها کم باشد و روی کریستال سولفید اعمال شود. این محقق اعمال کرد:

• سیم بهار با فشار 1 کیلوگرم ؛
• تماس با جیوه
• سکو اندود مس.

بنابراین یک دیود نقطه ای متولد شد ، که در سال 1900 مانع از ثبت اختراع ردیاب رادیویی توسط هموطن پوپوف شد. براون در آثار خود مطالعه سنگ معدن منگنز (psilomelan) را تنظیم می کند. دانشمند با فشار دادن گیره ها با گیره و جدا كردن اسفنج ها از قسمت حامل جریان ، نتایج بسیار خوبی به دست آورد ، اما در آن زمان اثر اعمال نشد. فردیناند با توصیف خصوصیات غیرمعمول سولفید مس ، پایه و اساس الکترونیک حالت جامد را بنا نهاد.

از نظر براون ، افراد همفکر کاربرد عملی پیدا کردند. پروفسور Jagdish Chandra Bose در 27 آوریل 1899 از ایجاد اولین ردیاب گیرنده برای کار همزمان با یک فرستنده رادیویی خبر داد. او از گالنا (اکسید سرب) جفت شده با یک سیم ساده و امواج موج میلی متر استفاده کرد. در سال 1901 او حق ذهن خود را ثبت کرد. ممکن است که تحت تأثیر شایعات در مورد پوپوف. ردیاب Bose در اولین انتقال رادیویی ماوراالنهرهای مارکونی استفاده می شود. نوع مشابه دستگاه روی کریستال سیلیکون در سال 1906 توسط Greenleaf Witter Pickard ثبت اختراع شد.

براون در سخنرانی خود در مراسم اهدای جایزه نوبل در سال 1909 خاطرنشان کرد که اصول پدیده کشف شده را درک نمی کند اما تعدادی از مواد را کشف می کند که ویژگی های جدیدی دارند. اینها قبلاً در بالا گالنا ، پیریت ، پیرولوزیت ، تتراهدریت و تعدادی دیگر ذکر شده است. مواد ذکر شده به یک دلیل ساده توجه را به خود جلب کردند: آنها جریان الکتریکی دارند ، اگرچه به عنوان ترکیبات عناصر جدول تناوبی در نظر گرفته می شوند. قبلاً چنین خصوصیاتی از امتیازات فلزات ساده محسوب می شد.

سرانجام ، در سال 1926 ، اولین ترانزیستورهای دارای مانع شاتکی ظاهر شدند و این تئوری توسط ویلیام بردفورد شاکلی در سال 1939 مطرح شد. در همان زمان ، نویل فرانسیس موته با محاسبه جریان نفوذ و رانش حامل های شارژ اکثریت ، پدیده های رخ داده در محل اتصال دو ماده را توضیح داد. والتر شاتكی با جایگزینی میدان الكتریكی خطی با یك میدان میرایی و افزودن مفهوم اهداكنندگان یون كه در لایه نزدیك سطح یك نیمه هادی قرار دارد ، این نظریه را تکمیل كرد. شارژ حجم در رابط زیر لایه فلزی به نام دانشمند نامگذاری شد.

داویدوف تلاش های مشابهی را برای منطبق کردن این نظریه در واقعیت موجود در سال 1939 انجام داد ، اما او به نادرست عوامل محدود کننده جریان را بیان کرد و اشتباهات دیگری را مرتکب شد. درست ترین نتیجه گیری توسط هانس آلبرشت بته در سال 1942 انجام شد ، وی جریان را با انتشار حرارتی حامل ها از طریق یک مانع بالقوه در رابط بین دو ماده پیوند داد. بنابراین ، نام مدرن پدیده و دیودها باید نام آخرین دانشمند باشد ، نظریه شواتکی اشکالاتی را نشان داد.

مطالعات نظری در برابر دشواری اندازه گیری عملکرد کار الکترونها از ماده به خلا. قرار دارد. حتی برای فلز طلای بی اثر و پایدار ، قرائت های خاص از 4 تا 4.92 ولت متغیر است. در یک درجه خلا of بالا ، در صورت عدم وجود جیوه از پمپ یا فیلم روغن ، مقادیر 5.2 eV بدست می آید. با پیشرفت تکنولوژی در آینده ، مقادیر دقیق تری نیز پیش بینی می شود. راه حل دیگر استفاده از اطلاعات مربوط به منفی بودن الکترون برای پیش بینی صحیح وقایع در مرز انتقال است. این مقادیر (در مقیاس رای گیری) با دقت 0.1 ولت شناخته شده اند. از آنچه گفته شد روشن است: امروز نمی توان با استفاده از روش های مشخص شده و بنابراین ویژگی های تصحیح دیودهای Schottky ، ارتفاع مانع را به درستی پیش بینی کرد.

بهترین راه ها برای تعیین قد مانع شاتکی

تعیین ارتفاع طبق فرمول معروف مجاز است (شکل را ببینید). جایی که C ضریبی است که ضعف وابسته به دما دارد. وابستگی به ولتاژ اعمال شده Va ، با وجود شکل پیچیده ، تقریباً خطی در نظر گرفته می شود. شیب نمودار q / kT است. ارتفاع مانع از نمودار lnJ در مقابل 1 / T در ولتاژ ثابت تعیین می شود. محاسبه بر اساس زاویه شیب است.

یک روش جایگزین تابش تابش اتصال فلز و نیمه هادی با نور است. راه های استفاده شده:

1. نور از ضخامت نیمه هادی عبور می کند.
2. نور مستقیماً روی ناحیه حساس فوتوسل می افتد.

اگر انرژی فوتون در شکاف انرژی بین شکاف باند نیمه هادی و ارتفاع مانع قرار گیرد ، انتشار الکترون از فلز مشاهده می شود. هنگامی که پارامتر از هر دو این مقادیر بالاتر باشد ، جریان خروجی به شدت افزایش می یابد ، که به راحتی در تنظیم آزمایش قابل مشاهده است. این روش این امکان را ایجاد می کند که توابع کار برای همان نیمه هادی ، با انواع مختلف رسانایی (n و p) ، به فاصله باند ماده اضافه شود.

یک روش جدید برای تعیین ارتفاع مانع شاتکی اندازه گیری ظرفیت اتصال در مقابل ولتاژ معکوس اعمال شده است. نمودار شکل یک خط مستقیم را که از ابسکسیا عبور می کند در نقطه مشخص کننده مقدار مورد نظر نشان می دهد. نتیجه آزمایشات به کیفیت آماده سازی سطح بستگی زیادی دارد. مطالعه روشهای فرآوری فن آوری نشان می دهد که اچ در اسید هیدروفلوئوریک یک لایه فیلم اکسید به ضخامت 10 - 20 آنگستروم بر روی نمونه سیلیکون باقی می گذارد.

اثر پیری به طور مداوم ذکر شده است. کمتر معمول برای دیودهای شاتکی است که در اثر شکاف کریستال ایجاد می شود. ارتفاع موانع برای یک ماده خاص متفاوت است ، در بعضی موارد به شدت به عنصر الکترونیکی فلزات بستگی دارد. برای آرسنید گالیوم ، این فاکتور تقریباً آشکار نمی شود ؛ در مورد سولفید روی ، نقش تعیین کننده ای دارد. اما در حالت دوم ، کیفیت آماده سازی سطح تأثیر ضعیفی دارد ، که برای GaA بسیار مهم است. سولفید کادمیوم با توجه به این مواد در یک موقعیت میانی قرار دارد.

در تحقیقات ، مشخص شد که اکثر نیمه هادی ها مانند GaA رفتار می کنند ، از جمله سیلیکون. مید این را با این واقعیت توضیح داد که تعدادی تشکیل در سطح ماده ، جایی که انرژی الکترون در ناحیه یک سوم منطقه ممنوع از باند ظرفیت قرار دارد ، تشکیل شده است. در نتیجه ، در اثر تماس با یک فلز ، سطح فرمی در ماده دوم تمایل به موقعیت مشابهی دارد. تاریخ با هر راهنمائی تکرار می شود. در همان زمان ، ارتفاع سد اختلاف بین سطح فرمی و لبه باند هدایت در نیمه هادی می شود.

تأثیر شدید قدرت منفی الکتریکی فلز در مواد با پیوندهای یونی برجسته مشاهده می شود. اینها در درجه اول اکسید سیلیسیم چهار ظرفیتی و سولفید روی هستند. این واقعیت با عدم وجود سازندهایی که بر سطح فرمی در فلز تأثیر می گذارند ، توضیح داده می شود. در خاتمه ، اضافه می کنیم که امروزه نظریه جامعی در مورد موضوع مورد بررسی ایجاد نشده است.

مزایای دیودهای شاتکی

هیچ رازی نیست که دیودهای Schottky به عنوان یکسو کننده در خروجی منبع تغذیه سوئیچینگ عمل می کنند. تولیدکنندگان تأکید می کنند که اتلاف برق و گرمایش در این مورد بسیار کمتر است. مشخص شده است که افت ولتاژ هنگام روشن شدن مستقیم دیود Schottky 1.5 - 2 برابر کمتر از هر نوع یکسو کننده است. بیایید سعی کنیم دلیل آن را توضیح دهیم.

کار یک اتصال p-n معمولی را در نظر بگیرید. هنگامی که مواد با دو نوع رسانایی متفاوت در تماس قرار می گیرند ، انتشار حامل های اکثریت در خارج از مرز تماس شروع می شود ، جایی که دیگر اساسی نیستند. در فیزیک به این لایه قفل کننده می گویند. اگر پتانسیل مثبتی در منطقه n اعمال شود ، اکثر حامل های الکترون بلافاصله جذب خروجی می شوند. سپس لایه مسدود کننده منبسط می شود ، هیچ جریانی جریان نمی یابد. در مورد روشن شدن مستقیم ، برعکس ، حامل های اکثریت روی لایه مسدود کننده قدم می گذارند ، جایی که به طور فعال با آن ترکیب می شوند. انتقال باز می شود ، جریان جریان می یابد.

به نظر می رسد که نه باز کردن و نه بستن یک دیود فوری کار نمی کند. فرآیندهای تشکیل و از بین بردن لایه مانع در حال انجام است ، که زمان بر است. دیود شاتکی کمی متفاوت رفتار می کند. ولتاژ رو به جلو وارد شده محل اتصال را باز می کند ، اما عملاً هیچ تزریق سوراخ به نیمه هادی n وجود ندارد ، سد برای آنها بزرگ است و چنین حامل هایی در فلز کم است. هنگامی که دوباره روشن می شود ، یک جریان تونل زنی قادر است در نیمه هادی های بسیار دوپ شده جریان داشته باشد.

خوانندگان با موضوع روشنایی LED قبلاً آگاه خواهند بود که در اصل در سال 1907 ، هنری جوزف دور به کشف آشکارساز بلور دست یافت. این یک دیود شاتکی در اولین تقریب است: مرز بین فلز و کاربید سیلیکون. با این تفاوت که امروزه از نیمه هادی نوع n و آلومینیوم استفاده می شود.

خصوصیات انتقال به مواد استفاده شده و به ابعاد هندسی بستگی دارد. شارژ حجم در این حالت کمتر از زمانی است که دو نیمه هادی از انواع مختلف در تماس هستند ، این بدان معنی است که زمان سوئیچینگ به طور قابل توجهی کاهش می یابد. در یک حالت معمول ، در محدوده صدها ps تا ده ها ns قرار دارد. برای دیودهای معمولی ، حداقل مرتبه ای بالاتر. از نظر تئوری ، به نظر می رسد عدم افزایش سطح مانع هنگام اعمال ولتاژ معکوس. به راحتی می توان افت ولتاژ کوچک را با این واقعیت که بخشی از محل اتصال از یک هادی خالص تشکیل شده است ، توضیح داد. مربوط به دستگاههایی که برای ولتاژهای نسبتاً کم ده ولت طراحی شده اند.

با توجه به ویژگی های دیودهای Schottky ، آنها به طور گسترده ای در تعویض منبع تغذیه لوازم خانگی مورد استفاده قرار می گیرند. این اجازه می دهد تا تلفات را کاهش داده ، رژیم گرمایی یکسو کننده ها را بهبود بخشد. ناحیه اتصال کوچک منجر به کاهش ولتاژهای شکست می شود که با افزایش ناحیه متالیزاسیون روی کریستال ، بخشی از منطقه عایق بندی شده با اکسید سیلیکون ، کمی جبران می شود. این ناحیه ، شبیه خازن ، هنگامی که دیود دوباره روشن می شود ، لایه های مجاور حامل های اصلی را تخلیه می کند و عملکرد را به طور قابل توجهی بهبود می بخشد.

با توجه به سرعت عمل ، دیودهای Schottky به طور فعال در مدارهای مجتمع با هدف استفاده از فرکانس های بالا - فرکانس های عملیاتی و هماهنگ سازی استفاده می شوند.

امروز موضوع بررسی ما دیود Schottky است. این موضوع به ویژه برای آماتورهای رادیویی تازه کار آموزنده و چاپ شده است. در مدارهای رادیویی مدرن ، اصطلاح دیود "Schottky" اغلب یافت می شود ، بنابراین بیایید دریابیم که چیست. دیود Schottky یک دیود نیمه هادی است که بر اساس تماس فلز و نیمه هادی ساخته می شود. والتر شاتکی نامگذاری شده است. نمودار شماتیک دیود Schottky با برخی اختلافات جزئی مشابه یک دیود معمولی است.

به جای اتصال nn ، یک فلز - نیمه هادی به عنوان مانع در دیودهای Schottky استفاده می شود ، در منطقه این اتصال یک مانع احتمالی ایجاد می شود - یک مانع Schottky ، تغییر ارتفاع آن منجر به تغییر جریان جریان می شود از طریق دستگاه مهمترین ویژگی دیودهای شاتکی پایین بودن افت ولتاژ رو به جلو پس از انتقال ، بدون شارژ برگشتی معکوس است. بر اساس مانع شاتکی ، به ویژه دیودهای سریع و بسیار سریع ساخته می شوند ؛ آنها عمدتا به عنوان دیودهای مایکروویو برای اهداف مختلف کار می کنند.

ساختار دیود: 1 - بستر نیمه هادی؛ 2 - فیلم epitaxial ؛ 3 - تماس نیمه هادی فلز ؛ 4 - فیلم فلزی ؛ 5 - تماس خارجی.

چنین دیودی به شما امکان می دهد با انتخاب فلز مورد نظر ، سطح بسیار کمی از سر و صدای با فرکانس بالا ، ارتفاع مورد نیاز از سد پتانسیل را بدست آورید ، که استفاده از دیود Schottky در سوئیچینگ منابع تغذیه و تجهیزات دیجیتالی را امکان پذیر می کند. دیودهای Schottky همچنین به عنوان گیرنده تابش ، تعدیل کننده نور استفاده می شوند و به طور گسترده ای در سلول های خورشیدی استفاده می شوند. از جمله معایب این نوع دیودها ، باید به حساسیت به مقادیر معکوس جریان و ولتاژ توجه کرد ، به همین دلیل دیود می تواند بیش از حد گرم شود و از کار بیفتد.

در محدوده دما از - 65 تا بعلاوه 160 درجه سانتیگراد کار می کند ، ولتاژ معکوس مجاز دیودهای شاتکی صنعتی به 250 ولت محدود می شود. امروزه چنین جزئیاتی به یک دستگاه نیمه هادی ضروری تبدیل شده است. دیودهای شاتکی در بسته های SMD نیز موجود است. اغلب آنها در موارد شیشه ای ، پلاستیکی و فلزی یافت می شوند. نویسنده - آکا

یا ، در مدارهای الکتریکی مختلف ، چیزی به نام دیود Schottky وجود دارد. اول از همه ، این یک دیود نیمه هادی ویژه است که در هنگام اتصال مستقیم افت ولتاژ کمی دارد و از یک نیمه هادی و یک فلز تشکیل شده است. این نام خود را به افتخار مخترع از آلمان والتر شاتکی ، که این عنصر الکترونیکی را اختراع کرده است ، بدست آورد.

در تماس با

ولتاژ معکوس مجاز در یک قطعه الکترونیکی برای مصارف صنعتی به 250 ولت محدود می شود. در تمرین اعمال می شود به طور عمدهدر مدارهای ولتاژ پایین برای جلوگیری از جریان معکوس جریان. آنها با توجه به قدرت خود به چند گروه تقسیم می شوند: کم مصرف ، متوسط ​​و قدرتمند.

این دستگاه خود از فلز تشکیل شده است - نیمه هادی ، پسیو شیشه ، حلقه محافظ و فلز. هنگامی که جریان الکتریکی از طریق مدار شروع می شود ، سپس بر روی حلقه محافظ و در کل منطقه مانع نیمه هادی ، اتهامات مثبت و منفیولی در قسمتهای مختلفموردی که در آن یک میدان الکتریکی بوجود می آید و گرما آزاد می شود ، که یک امتیاز بزرگ برای برخی از آزمایشات در فیزیک است.

تفاوت از سایر نیمه هادی ها

این عنصر الکترونیکی از این نظر متفاوت است که از فلز به عنوان سد استفاده می کند - یک نیمه هادی که رسانایی الکتریکی یک طرفه دارد و دارای بسیاری از خصوصیات متمایز دیگر است. چنین فلزات نیمه هادی می تواند آرسنید گالیوم ، طلا ، کاربید سیلیکون ، تنگستن ، ژرمانیم ، پالادیوم ، پلاتین و غیره باشد.

کل عملکرد عنصر الکترونیکی Schottky نیز به فلز انتخاب شده بستگی دارد. سیلیکون مخصوصاً اغلب استفاده می شود ، زیرا از سایر موارد قابل اطمینان تر است و در قدرت های بالا به خوبی کار می کند. همچنین بیشتر از سایر فلزاتاز نیمه هادی مبتنی بر آرسنید گالیوم (GaAs) - یک ترکیب شیمیایی آرسنیک و گالیوم ، کمتر استفاده کنید - بر اساس ژرمانیم (Ge) استفاده کنید. فناوری ساخت این عناصر الکترونیکی بسیار ساده است ، به همین دلیل ارزان ترین است.

همچنین ، دیود شاتکی هنگام استفاده از جریان با عملکرد پایدار متفاوت است. برای پایداری ، از ورود بلورهای مخصوص به داخل محفظه این عنصر الکترونیکی استفاده می شود که کاری بسیار ظریف است ، زیرا سهل انگاری یا عدم توجه می تواند منجر به سوf عملکرد دستگاه شود. این کار به ندرت توسط افراد انجام می شود ، غالباً این کار توسط یک ربات خاص انجام می شود - یک ماشین اتوماتیک که برای چنین عملیاتی برنامه ریزی شده است.

تعیین و مارک دیود شاتکی

همانطور که تمام قطعات و عناصر الکترونیکی تعیین شده اند ، در نمودارهای شماتیک این عنصر الکترونیکی به این شکل نشان داده شده است (شکل 1 را ببینید) ، که تا حدی متفاوت از تعیین نیمه هادی معمولی است.

در نمودارها می توانید تصویری از یک دیود دوتایی Schottky نیز مشاهده کنید (شکل 2 را ببینید). این دو عنصر الکترونیکی سوار شده هستند در یک ساختمان مشترک... آندها یا کاتدهای آنها لحیم شده اند ، بنابراین سه لید دارند.

این عنصر الکترونیکی ، مانند اکثر موارد ، در کنار آن مشخص شده است. و اگر حروف و اعداد روی نام قابل درک نیستند ، می توانید رمزگشایی آنها را از کتاب مرجع فنی رادیو مشاهده کنید.

مزایا و معایب

این دستگاه دارای مزایا و معایبی است.

1. جریان الکتریکی را به خوبی در مدار حفظ می کند.
2. ظرفیت کوچک سد ساخته شده از فلزات - نیمه هادی ها ، که باعث افزایش عملکرد طولانی مدت دیود می شود.
3. بر خلاف سایر نیمه هادی ها ، دیود Schottky افت ولتاژ کمی دارد.
4. که در مدار الکتریکیاین دیود شاتکی سریع عمل می کند.

منهای بزرگاین است که یک جریان معکوس بسیار بزرگ وجود دارد. در بعضی موارد ، به عنوان مثال ، بیش از حد مورد نیاز بازگشت سطح فعلیحتی برای چندین آمپر ، یک عنصر الکترونیکی صرف نظر از جدید یا قدیمی بودن در بی مناسبت ترین لحظه شکسته یا خراب می شود. همچنین ، اگر آزمایش نیمه هادی را با بی اعتنایی انجام دهید ، اغلب می توانید نشت دیودها را مشاهده کنید ، که در برخی موارد می تواند عواقب غم انگیزی را به دنبال داشته باشد.

کاربرد دیود شاتکی

اینها عناصر الکترونیکیارائه شده در بالا تقریباً در همه جا در جهان ما یافت می شود: در رایانه ها ، تثبیت کننده ها ، لوازم خانگی، صدا و سیما ، تلویزیون ، منابع تغذیه ، پنل های خورشیدی ، ترانزیستور و بسیاری از دستگاه های دیگر از همه اقشار.

در همه موارد ، باعث افزایش کارایی و کارایی می شود ، تعداد تلفات را کاهش می دهدپویایی ولتاژ ، مقاومت معکوس جریان را بازیابی می کند ، تابش آلفا ، بتا و گاما را به خود اختصاص می دهد ، به شما امکان می دهد برای مدت طولانی بدون خرابی کار کنید ، جریان را در ولتاژ مدار الکتریکی نگه دارید.

تشخیص دیود شاتکی

در صورت نیاز می توانید عنصر الکترونیکی Schottky را تشخیص دهید ، اما این کار کمی زمان می برد. اول از همه ، لازم است که یک عنصر از پل دیود یا مدار الکترونیکی. از نظر بصری بازرسی کنیدو با یک تست کننده بررسی کنید. در نتیجه این عملیات ساده فنی ، خواهید فهمید که آیا نیمه هادی کار می کند یا خیر. گرچه لازم نیست که کل مونتاژ لحیم شود ، این کار اضافی است و مهمتر از همه -اتلاف وقت.

همچنین می توانید این دیود یا پل دیود را با استفاده از مولتی متر بررسی کنید ، در حالی که تولید کننده جریان دستگاه را در کنار دستگاه می نویسد. ما مولتی متر را روشن می کنیم و پروب های آن را به انتهای آند و کاتد می رسانیم و این ولتاژ دیود را به ما نشان می دهد.

گاهی اوقات اتفاق می افتد که یک دیود شاتکی به دلایلی ممکن است معیوب شود. آنها را در نظر بگیرید:

علاوه بر این ، در هر دو حالت ، شما بوی سوزاندن را احساس نخواهید کرد و دود را نمی بینید ، زیرا یک محافظت ویژه در برابر چنین حوادثی در داخل قاب ساخته شده است. اگر ناگهان در یک ترانزیستور باشد دیود فوق را سوزاند، سپس اطمینان حاصل کنید که این تنها دستگاهی است که در آن نقصی مشاهده کرده اید ، زیرا دیودها باید از نظر همه موارد بررسی شوند.

اگرچه گاهی اوقات ممکن است چنین فرصتی برای آزمایش عملکرد دیودها در صورت لزوم وجود نداشته باشد. بعضی وقتها اینجوری میشهکه رایانه شروع به کند شدن می کند ، برای مدت زمان طولانی روشن می شود ، "مسدود" می شود. شاید این مورد دقیقاً به دیودها متصل باشد و همه بتوانند پردازنده را جدا کرده و ببینند چه اتفاقی در داخل افتاده است.

اول از همه ، شما باید کامپیوتر را خاموش کرده و منبع تغذیه را در واحد سیستم باز کنید. دیودها بلافاصله قابل مشاهده هستند. سوراخ یا شکاف را بررسی کنید. اگر وجود دارد ، پس باید آنها را تهیه کرده و با یک نیمه هادی جدید جایگزین کنید ، مشکلات را خودتان برطرف کنید ، اما بهتر است برای کمک به متخصصان مراجعه کنید.

نیمه هادی های شاتکی در دنیای مدرن

دیودهای شاتکی در همه زمینه های زندگی مدرن ، به ویژه در الکترونیک ، محبوبیت و توزیع گسترده ای پیدا کرده اند. آنها را می توان به عنوان یافت دیودهای یکسو کننده دوتایی، جایی که دو نیمه هادی در یک محفظه نصب شده و انتهای آندها یا کاتدها به یکدیگر متصل شده اند ، و ساده ، همچنین بسیار کوچک (به عنوان مثال ، اغلب در قطعات کوچک الکتریکی یافت می شود).

این نیمه هادی اغلب در تعویض منبع تغذیه لوازم خانگی مورد استفاده قرار می گیرد که به طور قابل توجهی تلفات را کاهش می دهد و عملکرد حرارتی را بهبود می بخشد. همچنین این عناصر الکترونیکیدر ترانزیستورها به عنوان یکسو کننده های جریان فعلی و در چنین دیودهای خاصی که برای ترکیب منابع تغذیه موازی استفاده می شود ، استفاده می شود.