Schottky diood

Schottky diood on pooljuhtide elektriline alaldi, kus barjäärina kasutatakse metall-pooljuhtide üleminekut. Selle tulemusena saadakse kasulikud omadused: suur kiirus ja madal pinge langus ettepoole.

Schottky dioodide avastamise ajaloost

Metall-pooljuhtide ülemineku rektifitseerivaid omadusi täheldati kõigepealt 1874. aastal Ferdinand Brown'i poolt, kasutades sulfide näiteid. Jätkates praeguse suuna ettepoole ja tagurpidi, märkis ta 30% erinevust, mis on põhimõtteliselt vastuolus Omi kuulsa seadusega. Brown ei suutnud selgitada, mis juhtus, kuid uurimise jätkamise järel leidis ta, et sektsiooni takistus on proportsionaalne voolava vooluga. Mis tundus ka ebatavaline.

Füüsikute korduvad katsed. Näiteks märkis Werner Siemens seleeni sarnaseid omadusi. Brown leidis, et struktuuri omadused ilmnevad kõige selgemalt väikese koguse kontaktide abil, mis on kinnitatud sulfiidkristalliga. Kasutatud uurija:

• vedruga traat rõhuga 1 kg;
• elavhõbeda kontakt;
• vaskmetallitud padi.

Nii sündis punktdiood, 1900. aastal takistas meie kaasmaalane Popov võtta patendi raadioanduri jaoks. Oma töös esitab Brown uuringu mangaanimaagi( psilomelaani) kohta. Vajutades kontaktid kristalliga klambriga ja eraldades käsna voolukandjalt, saavutas teadlane suurepärased tulemused, kuid sel ajal ei leitud mingit mõju. Vase sulfidi ebatavaliste omaduste kirjeldamisel tähistas Ferdinand tahkis-elektroonika algust.

Brauni jaoks leiti sarnaste mõtlemisega inimesed praktilist kasutamist. Professor Jagdish Chandra Bose teatas 27. aprillil 1899 esimese raadiosaatjaga töötava detektori / vastuvõtja loomisest. Ta kasutas galeeni( pliioksiidi) paari lihtsa traadiga ja püüti millimeetri laine laineid.1901. aastal patenteeris ta oma vaimusünnituse. On võimalik, et Popovi kuulujuttude mõju all. Boschi detektorit kasutatakse Marconi esimeses atlandiüleses raadioprogrammis. Sarnane seade räni kristallile patenteeriti 1906. aastal Greenleaf Witter Pickardi poolt.

1909. aastal Nobeli preemiaga toimunud kõnes märkis Brown, et ta ei mõistnud tema avastatud nähtuse põhimõtteid, kuid avastas mitmeid materjale, millel on uued omadused. See on ülalmainitud galena, püriit, püroliid, tetraeedrit ja mitmed teised. Loetletud materjalid kerkisid tähelepanu lihtsal põhjusel: nad tegid elektrivoolu, kuigi neid peeti perioodilise tabeli elementide ühenditeks. Enne kui selliseid omadusi peeti lihtsate metallide eelisõiguseks. Lõpuks ilmus 1926. aastal esimesed Schottky barjääriga transistorid ja William Bradford Shockley tõi 1939. aastal selle nähtuse alla. Samal ajal selgitas Neville Francis Mot kahe materjali ristmikul esinevaid nähtusi, arvutades difusioonivoolu ja peamiste laengukandjate triivi. Walter Schottky täiendas teooriat, asendades lineaarse elektrivälja summutamisega ja lisades idee pooljuhtide pinnakihis asuvatest ioonidoonoritest. Metallist kihi all oleva liidese mahtu nimetati teadlase nime all.

Davydov püüdis 1939. aastal teha sarnase kokkuvõtte olemasoleva faktiga seotud teooriast, kuid andis ebaõigesti kehtivaid piiravaid tegureid ja tegi muid vigu. Kõige õigemaid järeldusi tegi Hans Albrecht Bethe 1942. aastal, kes ühendas voolu kandjate termioonilise emissiooniga võimaliku tõkkega kahe materjali piiril. Seega peaks selle nähtuse ja dioodide kaasaegne nimi olema viimase teadlase nimi, Schottky teooria näitas vigu.

Teoreetilised uuringud põhinevad elektronide tööfunktsiooni mõõtmisel materjalist vaakumis. Isegi keemiliselt inertse ja stabiilse kuldmetalli puhul on teatavad näitajad vahemikus 4 kuni 4,92 eV.Suure vaakumiga, elavhõbeda puudumisel pumbast või õlikile, saadakse väärtused 5,2 eV.Tehnoloogia arenguga tulevikus on väärtused täpsemad. Teine lahendus oleks kasutada materjali elektronegatiivsust käsitlevat teavet, et õigesti ennustada sündmusi üleminekupiiril. Need väärtused( küsitluskaalal) on tuntud täpsusega 0,1 eV.On öeldud, et on selge: täna ei ole võimalik tõkke kõrgust õigesti prognoosida näidatud meetodite ja seega Schottky dioodide rektifitseerivate omaduste abil.

Parimad viisid Schottky barjääri kõrguse määramiseks

Lubatud on kõrguse määramine tuntud valemiga( vt joonist).Kui C on temperatuurist veidi sõltuv koefitsient. Sõltuvalt selle keerulisest kujust peetakse sõltuvust rakendatavast pingest Va peaaegu lineaarseks. Graafiku nurk on q / kT.Tõkke kõrgus määratakse kindlaks vastavalt joonisele lnJ ja 1 / T fikseeritud pinge juures. Arvutamine toimub kaldenurga järgi.

arvutamiseks Alternatiivne meetod on kiirendada metall-pooljuhtide üleminekut valgusega. Kasutatakse järgmisi meetodeid:

1. Valgus läbib pooljuht.
2. Valgus langeb otse fotoelementi tundlikule alale.

Kui fotonienergia jääb pooljuhtide keelatud tsooni ja barjääri kõrguse vahelisse energiavahemikku, on täheldatud elektroni emissiooni. Kui parameeter on mõlemast väärtusest kõrgem, tõuseb väljundvool järsult, mis on katse seadistuses kergesti märgatav. See meetod võimaldab meil kindlaks teha, et sama pooljuhtide tööfunktsioon, millel on eri tüüpi juhtivus( n ja p), annab kokku materjali keelatud tsooni laiuse.

Uus meetod Schottky barjääri kõrguse määramiseks on mõõta ristlõike mahtuvust sõltuvalt rakendatavast tagurduspingest. Graafil on kujutatud sirgjoon, mis lõikab abstsisstelje telje soovitud väärtust iseloomustavas punktis. Katsete tulemus sõltub tugevasti pinna ettevalmistamise kvaliteedist. Tehnoloogiliste töötlemismeetodite uurimine näitab, et vesinikfluoriidhappes söövitamine jätab räniproovile 10-20 angstromi paksuse oksiidikihi.

Vananemise mõju on järjekindlalt täheldatud. Vähem iseloomulik kristallide lõhestamisel moodustunud Schottky dioodidele. Takistuskõrgused on teatud materjali puhul erinevad, mõnel juhul sõltuvad nad tugevalt metallide elektronegatiivsusest. Galliumseniidi puhul ei ole tegur peaaegu ilmnenud, tsinksulfiidi puhul on oluline roll. Viimasel juhul on pinna ettevalmistamise kvaliteedil nõrk mõju, GaA-de puhul on see äärmiselt oluline. Kaadmiumsulfiid on nende materjalide suhtes vahepealses asendis.

Uuringus selgus, et enamik pooljuhtidest käituvad nagu GaAs, sealhulgas räni. Mead selgitas seda asjaoluga, et materjali pinnal moodustub seeria seeriaid, kus elektronide energia asub valentsitsoonist ühe kolmandiku ribalaiuse piirkonnas. Selle tulemusena on Fermi tase metalliga kokkupuutes kalduv sarnasel positsioonil. Ajalugu kordab iga juhendiga. Samal ajal muutub barjäärikõrgus pooljuhina Fermi taseme ja juhtivusriba serva vahe.

: metallide elektronegatiivsuse tugev mõju on täheldatud tugevate ioonsidemetega materjalides. Need on peamiselt tetravalentsed ränidioksiidid ja tsinksulfid. Seda asjaolu seletab Fermi taset metallist mõjutavate vormide puudumine. Kokkuvõtteks lisage, et põhjalik teooria täna käsitletava küsimuse kohta ei ole loodud.

Schottky dioodide eelised

Pole saladus, et Schottky dioodid toimivad alalisvoolu lülitite toiteallikate väljundis. Tootjad toetuvad asjaolule, et antud juhul on võimsuse kadu ja soojus palju väiksem. On kindlaks tehtud, et Schottky dioodi otsese ühenduse pinge langus on 1,5-2 korda väiksem kui mis tahes tüüpi alaldites. Proovime seletada põhjust.

Mõtle tavalise pn-ristmiku tööle. Kui materjalid puutuvad kokku kahe eri tüüpi juhtivusega, algab peamiste kandjate difusioon kontaktide piirist kaugemale, kus need enam ei ole peamised. Füüsikas nimetatakse seda barjäärikihiks. Kui positiivne potentsiaal rakendub n-piirkonnale, siis tõmbuvad peamised elektronkandjad kohe väljundisse. Seejärel laieneb tõkkekiht, vool ei voolu. Otsese kaasamisega ründavad peamised vedajad vastupidi tõkkekihti, kus nad sellega aktiivselt rekombineeruvad. Avaneb üleminek, vool voolab.

Tuleb välja, et ei avane ega sulgu lihtne diood kohe. Barjäärikihi moodustumise ja kõrvaldamise protsessid nõuavad aega. Schottky diood käitub veidi erinevalt. Rakendatav otsepinge avab ülemineku, kuid aukude sisestamine n-pooljuhtidesse praktiliselt ei toimu, nende barjäär on suur, sellises kandjas on vähe selliseid kandjaid. Tagasipöördumine tugevalt seostatud pooljuhtidesse, mis suudab voolata tunnelite voolu.

lugejad, kes tunnevad LED-valgustuse teemat, teavad juba, et algselt 1907. aastal avastas Henry Joseph Round kristalldetektoril. See on Schottky diood esimeses lähenduses: metalli ja ränikarbiidi piir. Erinevus seisneb selles, et tänapäeval kasutavad nad n-tüüpi pooljuhte ja alumiiniumi.

Schottky diood ei saa ainult kuma: sel eesmärgil kasutavad nad pn-ristmikku. Metall-pooljuhtkontakt ei ole alati korrigeeriv. Viimasel juhul nimetatakse seda ohmiliseks ja see sisaldub enamikus transistorites, kus selle parasiitsed mõjud on üleliigsed ja kahjulikud. Mis on üleminek, sõltub schottky barjääri kõrgusest. Parameetri suurte väärtuste juures ilmuvad temperatuuri ületavad omadused. Omadused määrab metalli tööfunktsiooni erinevus( vaakumis) ja pooljuhtides või elektronide afiinsuses.

Ülemineku omadused sõltuvad kasutatud materjalidest ja geomeetrilistest mõõtmetest. Sellisel juhul on mahtu väiksem kui kahe erineva tüübi pooljuhtiga, mis tähendab, et lülitusaeg on oluliselt vähenenud. Tüüpilisel juhul sobib see vahemikku sadu ps kuni kümneid ns. Tavapäraste dioodide puhul on vähemalt suurusjärgus suurem. Teoreetiliselt näib see olevat tõkke taseme suurenemise puudumine rakendatava pöördepingega. Väikest pinge langust on lihtne selgitada asjaoluga, et osa üleminekust koosneb puhtast juhist. Tegelik seadmetele, mis on ette nähtud kümnete volti suhteliselt madalate pingete jaoks.

Vastavalt Schottky dioodide omadustele kasutatakse neid laialdaselt kodumasinate toiteallikate lülitamisel. See võimaldab vähendada kadusid, parandada alaldite soojust.Ülemineku väike ala põhjustab madalat purunemispinget, mida vähendab veidi metalliseerimisala suurenemine kristallil, mis hõlmab osa silikageeliga isoleeritud piirkonnast. See piirkond, mis sarnaneb kondensaatoriga, kui diood on uuesti sisse lülitatud, vähendab peamiste laengukandjatega külgnevaid kihte, parandades märkimisväärselt jõudlust.

Tänu oma kiirusele kasutatakse Schottky dioode aktiivselt integraallülitustes, mille eesmärk on kasutada kõrgsagedusi - töö- ja sünkroniseerimissagedusi.