Diodo de Schottky

El diodo Schottky

es un elemento rectificador eléctrico semiconductor, donde se utiliza una transición de metal-semiconductor como barrera. Como resultado, se adquieren propiedades útiles: alta velocidad y baja caída de voltaje en la dirección de avance.

De la historia del descubrimiento de los diodos Schottky

Las propiedades rectificadoras de la transición metal-semiconductor se observaron por primera vez en 1874 por Ferdinand Brown utilizando el ejemplo de los sulfuros. Al pasar la corriente en las direcciones de avance y retroceso, notó una diferencia del 30%, lo que contradice fundamentalmente la famosa ley de Ohm. Brown no pudo explicar lo que estaba sucediendo, pero al continuar la investigación, descubrió que la resistencia de la sección es proporcional a la corriente actual. Lo que también parecía inusual. Diodo rectificador

repetidos por físicos. Por ejemplo, Werner Siemens observó propiedades similares del selenio. Brown descubrió que las propiedades de la estructura aparecen más claramente con una pequeña cantidad de contactos unidos al cristal de sulfuro. El investigador utilizó:

• cable cargado por resorte con una presión de 1 kg;Contacto de mercurio
• ;
• almohadilla metalizada de cobre.

Así nació el diodo puntual, en 1900 impidió que nuestro compatriota Popov obtuviera una patente para un detector de radio. En su propio trabajo, Brown presenta un estudio sobre el mineral de manganeso( psilomelan).Al presionar los contactos al cristal con una pinza y aislar la esponja de la parte que lleva la corriente, el científico obtuvo excelentes resultados, pero no se encontró ningún efecto en ese momento. Al describir las propiedades inusuales del sulfuro de cobre, Ferdinand marcó el comienzo de la electrónica de estado sólido.

para uso práctico de Braun fue encontrado por personas afines. El profesor Jagdish Chandra Bose anunció el 27 de abril de 1899 la creación del primer detector / receptor para trabajar en conjunto con un transmisor de radio. Usó galena( óxido de plomo) en un par con un cable simple y atrapó ondas de ondas milimétricas. En 1901, patentó su creación. Es posible que bajo la influencia de los rumores sobre Popov. El detector Bosch se utiliza en el primer programa de radio transatlántico de Marconi. Un tipo similar de dispositivo en un cristal de silicona fue patentado en 1906 por Greenleaf Witter Pickard.

En su discurso en el Premio Nobel en 1909, Brown dijo que no entendía los principios del fenómeno descubierto por él, pero descubrió una serie de materiales que exhibían nuevas propiedades. Esta es la galena, pirita, pirolusita, tetraedrita y otras mencionadas anteriormente. Los materiales enumerados llamaron la atención por una sencilla razón: condujeron una corriente eléctrica, aunque se consideraron compuestos de los elementos de la tabla periódica. Antes de tales propiedades se consideraban la prerrogativa de metales simples.

Finalmente, en 1926, aparecieron los primeros transistores con una barrera Schottky, y William Bradford Shockley en 1939 llevó la teoría al fenómeno. Al mismo tiempo, Neville Francis Mot explicó los fenómenos que ocurren en la unión de los dos materiales, calculando la corriente de difusión y la deriva de los portadores de carga principales. Walter Schottky complementó la teoría reemplazando el campo eléctrico lineal con una amortiguación y agregando una idea de los donantes de iones ubicados en la capa superficial de un semiconductor. La carga de volumen en la interfaz debajo de la capa de metal recibió el nombre del científico.

Davydov hizo intentos similares de resumir la teoría del hecho existente en 1939, pero dio incorrectamente los factores limitantes de la corriente y cometió otros errores. Las conclusiones más correctas fueron hechas por Hans Albrecht Bethe en 1942, quien vinculó la corriente a la emisión termiónica de portadores a través de una barrera potencial en el límite de dos materiales. Así, el nombre moderno del fenómeno y los diodos debería ser el nombre del último científico, la teoría de Schottky reveló fallas.

Los estudios teóricos se basan en la dificultad de medir la función de trabajo de los electrones de un material al vacío. Incluso para un metal de oro químicamente inerte y estable, ciertas indicaciones varían de 4 a 4,92 eV.Con un alto grado de vacío, en ausencia de mercurio de una bomba o película de aceite, se obtienen valores de 5.2 eV.Con el desarrollo de la tecnología en el futuro, los valores se prevén con mayor precisión. Otra solución sería utilizar información sobre la electronegatividad de los materiales para predecir correctamente los eventos en el límite de la transición. Estos valores( en la escala de sondeo) se conocen con una precisión de 0,1 eV.De lo que se ha dicho está claro: hoy no es posible predecir correctamente la altura de la barrera por los métodos indicados y, por lo tanto, las propiedades de rectificación de los diodos de Schottky.

Las mejores maneras de determinar la altura de la barrera de Schottky

Es permisible determinar la altura mediante la fórmula conocida( ver figura).Donde C es un coeficiente que depende ligeramente de la temperatura. La dependencia de la tensión aplicada Va, a pesar de su forma compleja, se considera casi lineal. El ángulo de la gráfica es q / kT.La altura de la barrera se determina de acuerdo con la gráfica de lnJ versus 1 / T a un voltaje fijo. El cálculo se realiza sobre el ángulo de inclinación. Fórmula

Un método alternativo es irradiar la transición metal-semiconductor con luz. Se utilizan los siguientes métodos:

1. La luz pasa a través del semiconductor.
2. La luz cae directamente sobre el área sensible de la fotocélula.

Si la energía del fotón cae dentro del espacio de energía entre la zona prohibida del semiconductor y la altura de la barrera, se observa la emisión de electrones del metal. Cuando el parámetro es mayor que ambos valores, la corriente de salida aumenta considerablemente, lo que se nota fácilmente en la configuración del experimento. Este método hace posible establecer que la función de trabajo para el mismo semiconductor, con diferentes tipos de conductividad( n y p), en total da el ancho de la zona prohibida del material.

Un nuevo método para determinar la altura de la barrera Schottky es medir la capacitancia de la unión en función de la tensión inversa aplicada. El gráfico muestra la forma de una línea recta que cruza el eje de abscisas en el punto que caracteriza el valor deseado. El resultado de los experimentos depende en gran medida de la calidad de la preparación de la superficie. El estudio de los métodos de procesamiento tecnológico muestra que el grabado en ácido fluorhídrico deja una capa de película de óxido de 10 a 20 angstroms de espesor en una muestra de silicio.

El efecto del envejecimiento se nota constantemente. Menos característico de los diodos de Schottky formados por la escisión del cristal. Las alturas de las barreras difieren para un material en particular, en algunos casos dependen en gran medida de la electronegatividad de los metales. Para el arseniuro de galio, el factor casi no aparece, en el caso del sulfuro de zinc desempeña un papel crucial. Pero en este último caso, la calidad de la preparación de la superficie tiene un efecto débil, para GaAs esto es extremadamente importante. El sulfuro de cadmio está en una posición intermedia con respecto a estos materiales.

En el estudio resultó que la mayoría de los semiconductores se comportan como GaAs, incluido el silicio. Mead explicó esto por el hecho de que una serie de formaciones se forman en la superficie del material, donde la energía electrónica se encuentra en la región de un tercio de la banda de la zona de valencia. Como resultado, en contacto con el metal, el nivel de Fermi en este último tiende a ocupar una posición similar. La historia se repite con cualquier guía. Al mismo tiempo, la altura de la barrera se convierte en la diferencia entre el nivel de Fermi y el borde de la banda de conducción en el semiconductor.

. Se observa una fuerte influencia de la electronegatividad del metal en materiales con enlaces iónicos pronunciados. Estos son principalmente sílice tetravalente y sulfuro de zinc. Este hecho se explica por la ausencia de formaciones que afectan el nivel de Fermi en el metal. En conclusión, agregue que no se crea una teoría exhaustiva sobre el tema que se está considerando hoy.

Ventajas de los diodos Schottky

No es ningún secreto que los diodos Schottky sirven como rectificadores en la salida de las fuentes de alimentación de conmutación. Los fabricantes se basan en el hecho de que la pérdida de potencia y el calor en este caso es mucho menor. Se establece que la caída de voltaje en la conexión directa en el diodo Schottky es 1.5 - 2 veces menor que en cualquier tipo de rectificadores. Vamos a tratar de explicar la razón.

Considere el trabajo de una unión pn normal. Cuando los materiales entran en contacto con dos tipos diferentes de conductividad, la difusión de los portadores principales comienza más allá del límite de contacto, donde ya no son los principales. En física, esto se llama la capa de barrera. Si se aplica un potencial positivo a la región n, las portadoras de electrones principales serán atraídas instantáneamente a la salida. Entonces la capa de barrera se expande, la corriente no fluye. Con la inclusión directa, los portadores principales, por el contrario, atacan la capa de barrera, donde se recombinan activamente con ella. Se abre la transición, fluye la corriente.

Resulta que ni abrir ni cerrar un simple diodo falla instantáneamente. Existen procesos de formación y eliminación de la capa barrera, lo que requiere tiempo. El diodo de Schottky se comporta de manera ligeramente diferente. La tensión directa aplicada abre la transición, pero la inyección de agujeros en el n-semiconductor prácticamente no se produce, la barrera para ellos es grande, hay pocos portadores de este tipo en el metal. Con la inclusión inversa en un semiconductor fuertemente dopado capaz de fluir corriente de tunelización. Los lectores

, familiarizados con el tema de la iluminación LED, ya saben que, originalmente en 1907, Henry Joseph Round hizo un descubrimiento en un detector de cristal. Este es un diodo Schottky en la primera aproximación: el límite del metal y el carburo de silicio. La diferencia es que hoy en día usan semiconductores de tipo n y aluminio. El diodo Schottky

no solo puede brillar: para estos fines utilizan la unión pn. El contacto metal-semiconductor no siempre se rectifica. En este último caso, se llama óhmico y se incluye en la mayoría de los transistores, donde sus efectos parásitos son superfluos y dañinos. La transición dependerá de la altura de la barrera schottky. A grandes valores del parámetro, excediendo la energía de temperatura, aparecen las propiedades de rectificación. Las propiedades están determinadas por la diferencia en la función de trabajo del metal( en vacío) y el semiconductor, o por afinidad de electrones.

Las propiedades de transición dependen de los materiales utilizados y de las dimensiones geométricas. La carga de volumen en este caso es menor que cuando dos semiconductores de diferentes tipos están en contacto, lo que significa que el tiempo de conmutación se reduce significativamente. En un caso típico, encaja en el rango de cientos de ps a decenas de ns. Para diodos convencionales al menos un orden de magnitud superior. En teoría, esto parece ser la ausencia de un aumento en el nivel de barrera con una tensión inversa aplicada. Es fácil explicar la pequeña caída de voltaje por el hecho de que parte de la transición está compuesta por un conductor puro. Real para dispositivos diseñados para voltajes relativamente bajos de decenas de voltios.

De acuerdo con las propiedades de los diodos Schottky, se utilizan ampliamente en el cambio de fuentes de alimentación para electrodomésticos. Esto permite reducir pérdidas, mejorar el modo térmico de funcionamiento de los rectificadores. El área pequeña de la transición causa bajos voltajes de ruptura, que están ligeramente compensados ​​por un aumento en el área de metalización en el cristal, que abarca una parte de la región aislada de sílice. Esta área, que se asemeja a un condensador, cuando el diodo se vuelve a encender, empobrece las capas adyacentes con los portadores de carga principales, mejorando significativamente el rendimiento.

Debido a su velocidad, los diodos Schottky se usan activamente en circuitos integrados destinados a utilizar altas frecuencias: frecuencias de operación y sincronización.