Schottky dióda

Az

Schottky dióda egy félvezető elektromos egyenirányító elem, ahol fém-félvezető átmenetet használnak akadályként. Ennek eredményeként hasznos tulajdonságok születtek: nagy sebesség és alacsony feszültségesés az elülső irányban.

A Schottky diódák felfedezésének történetéből adódóan

A fém-félvezető átmenet korrekciós tulajdonságait 1874-ben Ferdinand Brown a szulfidok példája alapján figyelték meg. Elõre és hátra haladva az áramot 30% -os különbséggel vette észre, ami alapvetõen ellentmond az Ohm híres törvényének. Brown nem tudta megmagyarázni, mi történt, de a kutatás folytatása után megállapította, hogy a szakasz ellenállása arányos az áramló árammal. Ami szokatlannak tűnt.

A fizikusok által ismételt kísérletek. A Werner Siemens például a szelén hasonló tulajdonságait jegyezte meg. Brown megállapította, hogy a szerkezet tulajdonságai leginkább a szulfidkristályhoz kapcsolt kis érintkezésekkel jelennek meg. Az alkalmazott kutató:

• rugós huzal, 1 kg nyomással;
• higanyérintkezés;
• réz fémezett pad.

Így született meg a pont dióda, 1900-ban megakadályozta, hogy Popov honfitársa szabadalmat szerezzen egy rádióérzékelőre. Brown saját munkájában mangánérc( psilomelán) tanulmányát mutatja be. Az érintkezőknek a kristályra való szorításával és a szivacs leválasztásával az áramhordozó részről a tudós kitűnő eredményeket ért el, de abban az időben nem volt hatás. A réz-szulfid szokatlan tulajdonságait leírva Ferdinand a szilárdtest-elektronika kezdetét jelezte.

A Braun gyakorlati felhasználását hasonló gondolkodású emberek találták. Jagdish Chandra Bose professzor 1899. április 27-én bejelentette az első detektor / vevő létrehozását a rádióadóval együtt. Galenát( ólom-oxidot) használt egy egyszerű vezetékkel és egy milliméteres hullámhullámot.1901-ben szabadalmaztatta agyvérét. Lehetséges, hogy Popovról szóló pletykák hatására. A Bosch-érzékelőt Marconi első transzatlanti rádióprogramjában használják. A szilíciumkristályra hasonló eszközt 1906-ban Greenleaf Witter Pickard szabadalmaztatott.

A Nobel-díjas 1909-es beszédében Brown megjegyezte, hogy nem értette az általa felfedezett jelenség alapelveit, de számos olyan anyagot fedezett fel, amelyek új tulajdonságokkal rendelkeznek. Ez a fent említett galena, pirit, piroluszit, tetraéder és számos más. A felsorolt ​​anyagok egy egyszerű okból felkeltették a figyelmet: elektromos áramot hajtottak végre, bár a periódusos rendszer elemei közé tartoztak. Mielőtt az ilyen tulajdonságokat az egyszerű fémek előjogának tekintették volna.

Végül 1926-ban megjelentek az első tranzisztorok Schottky-gátdal, és William Bradford Shockley 1939-ben hozta az elméletet a jelenség alá.Ugyanakkor Neville Francis Mot elmagyarázta a két anyag csomópontjában előforduló jelenségeket, kiszámítva a diffúziós áramot és a fő töltőhordozók eltolódását. Walter Schottky kiegészítette az elméletet azzal, hogy a lineáris elektromos mezőt csillapítással helyettesítette, és ötletet adott hozzá a félvezető felszíni rétegében található ion donorokról. A fémréteg alatti interfész térfogatát a tudós nevezte. Az

Davydov 1939-ben hasonló kísérleteket tett az elmélet összefoglalására, de helytelenül adta meg az aktuális korlátozó tényezőket, és egyéb hibákat tett. A legmegfelelőbb következtetéseket Hans Albrecht Bethe készítette 1942-ben, aki összekapcsolta az áramot a hordozók termionikus kibocsátásával egy potenciális akadályon keresztül két anyag határán.Így a jelenség és a diódák modern nevének az utolsó tudósnak kell lennie, a Schottky-elmélet hibákat tárt fel.

tudós

Az elméleti tanulmányok az elektronok munkafunkciójának anyagból vákuumba történő mérésének nehézségén alapulnak. Még egy kémiailag inert és stabil aranyfém esetében is bizonyos jelek 4 és 4,92 eV között mozognak. Nagy mennyiségű vákuummal, higany hiányában szivattyúból vagy olajfóliaból 5,2 eV értéket kapunk. A technológia fejlődésével a jövőben az értékeket pontosabban tervezzük. Egy másik megoldás az, hogy az anyagok elektronegativitásával kapcsolatos információkat az átmeneti határon lévő események helyes előrejelzésére használjuk. Ezek az értékek( Polling skálán) 0,1 eV pontossággal ismertek. A fentiekből következik, hogy világos: ma nem lehet helyesen megjósolni a gát magasságát a jelzett módszerekkel és így a Schottky diódák egyenirányító tulajdonságaival.

A legjobb módja a Schottky-gát

magasságának meghatározására Megengedett a magasság meghatározása az ismert képlettel( lásd az ábrát).Ahol C a hőmérséklettől kissé függő együttható.A Va feszültségtől való függősége komplex alakja ellenére szinte lineárisnak tekinthető.A grafikon szöge q / kT.A gátmagasságot az lnJ és az 1 / T értékek alapján határozzuk meg rögzített feszültségen. A számítást a dőlésszögen végezzük.

számításokhoz Egy másik módszer a fém-félvezető átmeneti fény besugárzása. Az alábbi módszereket használjuk:

1. A fény áthalad a félvezetőn.
2. A fény közvetlenül a fotocella érzékeny területére esik.

Ha a foton energiája a félvezető tiltott zónája és a gát magassága közötti energiarésbe esik, akkor megfigyelhető a fémből történő elektron kibocsátás. Ha a paraméter mindkét értéknél magasabb, a kimeneti áram élesen emelkedik, ami könnyen látható a kísérleti beállításban. Ez a módszer lehetővé teszi annak megállapítását, hogy ugyanazon félvezető munkaműködése különböző típusú vezetőképességgel( n és p) összesen az anyag tiltott zónájának szélességét adja meg.

Egy új módszer a Schottky-korlát magasságának meghatározására az összekötő kapacitás mérésére az alkalmazott fordított feszültségtől függően. A grafikon az abszcissza tengelyt metsző egyenes vonal alakját mutatja a kívánt értéket jellemző ponton. A kísérletek eredménye erősen függ a felszíni előkészítés minőségétől. A technológiai feldolgozási módszerek vizsgálata azt mutatja, hogy a hidrogén-fluoridban történő maratás 10-20 angstrom vastagságú oxidfóliaréteget hagy egy szilikonmintán.

Az öregedési hatást következetesen észlelik. Kevésbé jellemző a kristály hasításával képződött Schottky diódákra. Az akadályok magassága egy adott anyag esetében különbözik, egyes esetekben erősen függnek a fémek elektronegativitásától. A gallium-arzenid esetében a tényező szinte nem jelenik meg, a cink-szulfid esetében döntő szerepet játszik. Az utóbbi esetben azonban a felületi előkészítés minősége gyenge, a GaA-k esetében ez rendkívül fontos. A kadmium-szulfid ezen anyagok tekintetében közbenső helyzetben van.

A tanulmányban kiderült, hogy a legtöbb félvezető GaA-ként viselkedik, beleértve a szilíciumot is. Mead ezt elmagyarázta azzal, hogy az anyag felületén egy sor képződés képződik, ahol az elektronenergia a sávszélesség egyharmadának tartományában van a valenciazónától. Ennek eredményeként, a fémmel érintkezve, az utóbbi fermi szintje hasonló helyzetben van. A történelem megismétli az útmutatót. Ugyanakkor a zárómagasság a Fermi szint és a vezetõszalag élének különbsége lesz a félvezetőben.

A fém elektronegativitásának erős befolyása figyelemre méltó ionos kötéssel rendelkező anyagokban. Ezek elsősorban tetravalens szilícium-dioxid és cink-szulfid. Ezt a tényt magyarázza a fémek Fermi szintjét befolyásoló képződmények hiánya.Összefoglalva, hozzátesszük, hogy a mai kérdés tárgyát képező kimerítő elmélet nem jön létre.

A Schottky diódák előnyei

Nem titok, hogy Schottky diódák egyenirányítókként szolgálnak a kapcsoló tápegységek kimenetén. A gyártók arra a tényre támaszkodnak, hogy ebben az esetben a teljesítményveszteség és a hő alacsonyabb. Megállapítást nyert, hogy a Schottky dióda közvetlen csatlakozásánál a feszültségesés 1,5-2-szer kisebb, mint bármely típusú egyenirányítónál. Próbáljuk meg magyarázni az okot.

Tekintsünk egy normál pn-csomópont munkáját. Amikor az anyagok két különböző típusú vezetőképességgel érintkeznek, a főhordozók diffúziója a kontakt határon túl kezdődik, ahol már nem a legfontosabbak. A fizikában ezt barrier rétegnek nevezik. Ha pozitív potenciált alkalmazunk az n-régióra, akkor a fő elektronhordozók azonnal vonzódnak a kimenethez. Ezután a záróréteg kitágul, az áram nem folyik. Közvetlen befogadással a fő fuvarozók ellenkezőleg, megtámadják a gátló réteget, ahol aktívan rekombinálnak vele. Megnyílik az átmenet, az áram folyik.

Kiderül, hogy sem egy egyszerű, sem egy egyszerű dióda azonnal nem sikerül. Vannak folyamatok, amelyek időzítést igényelnek a záróréteg kialakulásának és eliminálásának. A Schottky dióda kissé másképp viselkedik. Az alkalmazott közvetlen feszültség megnyitja az átmenetet, de az n-félvezetőbe való lyukak befecskendezése gyakorlatilag nem fordul elő, ezeknek az akadálya nagy, kevés ilyen hordozó van a fémben. A visszafordítás egy erősen adalékolt félvezetőbe, amely képes az alagút áramlására. Az

olvasók, akik ismerik a LED világítás témáját, már tudják, hogy 1907-ben Henry Joseph Round felfedezést végzett egy kristályérzékelőn. Ez egy Schottky dióda az első közelítésben: a fém és a szilícium-karbid határa. A különbség az, hogy ma n-típusú félvezetőt és alumíniumot használnak. Az

Schottky dióda nemcsak ragyog: ezekre a célra pn-csomópontot használnak. A fém-félvezető érintkező nem mindig lesz korrekció.Ez utóbbi esetben ohmikusnak nevezik, és a legtöbb tranzisztorban szerepel, ahol a parazita hatásai feleslegesek és károsak. Az átmenet függ a schottky-korlát magasságától. A paraméter nagy értékénél meghaladja a hőmérsékletenergiát, a kiegyenlítő tulajdonságok jelennek meg. A tulajdonságokat a fém( vákuum) és félvezető, vagy elektron affinitás közötti különbség határozza meg.

Az átmeneti tulajdonságok az alkalmazott anyagoktól és a geometriai méretektől függenek. Ebben az esetben a térfogat-töltés kisebb, mint amikor két különböző típusú félvezető érintkezik, ami azt jelenti, hogy a kapcsolási idő jelentősen csökken. Egy tipikus esetben a több száz ps és a több tíz ns közötti tartományba illeszkedik. A hagyományos diódáknál legalább egy nagyságrenddel magasabb. Elméletileg ez úgy néz ki, mintha nem lett volna megnövekedett a korlátszint egy alkalmazott fordított feszültséggel. A kis feszültségesés könnyen magyarázható azzal, hogy az átmenet egy része tiszta vezetőből áll. Aktuális olyan eszközök számára, amelyek tíz feszültségek viszonylag alacsony feszültségére vannak tervezve.

A Schottky diódák tulajdonságai szerint széles körben használják a háztartási készülékek tápegységeinek kapcsolására. Ez lehetővé teszi a veszteségek csökkentését, az egyenirányítók termikus működési módjának javítását. Az átmenet kis területe alacsony lebomlási feszültséget okoz, amit kissé ellensúlyoz a kristály fémfelületének növekedése, amely magában foglalja a szilícium-dioxiddal szigetelt régió egy részét. Ez a terület, amely egy kondenzátorral hasonlít, amikor a diódát visszafelé kapcsolják, a szomszédos rétegeket fő töltőhordozókkal szegélyezi, ami jelentősen javítja a teljesítményt.

Sebességük miatt a Schottky diódák aktívan használhatók a nagy frekvenciák - működési és szinkronizációs frekvenciák - használatára szolgáló integrált áramkörökben.