Les diodes barrières Schottky sont des diodes semi-conductrices conçues avec une tension directe minimale et des vitesses de commutation rapides qui peuvent être aussi basses que 10 ns. Ceux-ci sont fabriqués dans des gammes de courant de 500 mA à 5 ampères et jusqu'à 40 V. En raison de ces caractéristiques, ils deviennent spécifiquement adaptés aux applications basse tension et haute fréquence telles que les SMPS, ainsi que comme diodes de roue libre efficaces.
Le symbole de l'appareil est illustré dans l'image suivante:
Courtoisie: https://en.wikipedia.org/wiki/Schottky_diode
Construction interne
Les diodes Schottky sont construites différemment des diodes à jonction p-n traditionnelles. Au lieu d'une jonction p-n, ils sont construits en utilisant un jonction semi-conducteur métallique comme indiqué ci-dessous.
La section semi-conductrice est principalement construite en utilisant du silicium de type n, et également avec un tas de matériaux différents tels que le platine, le tungstène, le molybdène, le chrome, etc. La diode peut avoir différents ensembles de caractéristiques en fonction du matériau utilisé, ce qui leur permet vitesse de commutation, baisse de tension avant inférieure, etc.
Comment ça fonctionne
Dans les diodes Schottky, les électrons deviennent le porteur majoritaire dans le matériau semi-conducteur, tandis que dans le métal présente des porteurs minoritaires extrêmement petits (trous). Lorsque les deux matériaux sont liés, les électrons présents dans le semi-conducteur en silicium commencent à s'écouler rapidement vers le métal connecté, entraînant un transfert massif de porteurs majoritaires. En raison de leur énergie cinétique accrue par rapport au métal, ils sont généralement appelés «porteurs chauds».
Les diodes de jonction p-n normales les porteurs minoritaires sont injectés à travers différentes polarités adjacentes. Alors que dans les diodes Schottky, les électrons sont injectés à travers des régions de polarité identique.
L'afflux massif d'électrons vers le métal provoque une forte perte de porteurs pour le matériau en silicium dans la zone proche de la surface de jonction, qui ressemble à la région d'appauvrissement de la jonction p-n d'autres diodes. Les porteurs supplémentaires dans le métal créent une «paroi négative» dans le métal entre le métal et le semi-conducteur qui bloque l'entrée de courant. La signification des électrons chargés négativement au niveau du semi-conducteur de silicium à l'intérieur des diodes Schottky facilite une région sans porteur avec une paroi négative à la surface métallique.
En se référant à la figure ci-dessous, l'application d'un courant de polarisation directe dans le premier quadrant provoque une réduction de l'énergie de la barrière négative en raison de l'attraction positive des électrons dans cette zone. Cela conduit au flux de retour d'électrons en quantités énormes à travers la frontière. L'amplitude de ces électrons dépend de l'amplitude du potentiel appliqué pour la polarisation.
Différence entre les diodes normales et les diodes Schottky
Par rapport aux diodes à jonction p-n normales, la jonction barrière dans les diodes Schottky est plus faible, à la fois dans les régions de polarisation directe et inverse.
Cela permet aux diodes Schottky d'avoir une conduction de courant bien améliorée pour le même niveau de potentiel de polarisation, à la fois dans les régions de polarisation directe et inverse. Cela semble être une bonne caractéristique dans la région de polarisation directe, bien que mauvaise pour la région de polarisation inverse.
La définition des caractéristiques générales d'une diode semi-conductrice pour les régions de polarisation directe et inverse est représentée par l'équation:
je ré = Je S ( est kVd / Tk -1)
où Is = courant de saturation inverse
k = 11,600 / η avec η = 1 pour le germanium et η = 2 pour le silicium
La même équation décrit l'augmentation exponentielle du courant dans les diodes Schottky dans la figure suivante, cependant le facteur η est déterminé par le type de construction de la diode.
Dans la région de polarisation inverse, le courant Est est principalement dû à ces électrons métalliques voyageant dans le matériau semi-conducteur.
Caractéristiques de température
Pour les diodes Schottky, l'un des principaux aspects qui a été continuellement étudié est de savoir comment minimiser ses courants de fuite importants à des températures élevées supérieures à 100 ° C.
Cela a conduit à la production d'appareils de meilleure qualité et améliorés qui peuvent fonctionner efficacement même à des températures extrêmes comprises entre - 65 et + 150 ° C.
A des températures ambiantes typiques, cette fuite peut être de l'ordre de microampères pour les diodes Schottky de faible puissance et de l'ordre de milliampères pour les dispositifs de forte puissance.
Cependant, ces chiffres sont plus élevés que ceux des diodes p-n normales aux mêmes spécifications de puissance. Également Classement PIV pour une diodes Schottky peut être beaucoup moins que nos diodes traditionnelles.
Par exemple, normalement, un appareil de 50 ampères peut avoir une valeur PIV de 50 V, alors que cela peut aller jusqu'à 150 V pour une diode normale de 50 ampères. Cela dit, les progrès récents ont permis aux diodes Schottky avec des valeurs PIV supérieures à 100 V à des valeurs d'ampérage similaires.
Il ressort clairement de la représentation graphique ci-dessus que les diodes Schottky sont attribuées avec un ensemble presque idéal de caractéristiques, encore mieux qu'une diode à cristal (diode de contact ponctuel). La chute vers l'avant d'une diode de contact ponctuel est généralement inférieure à celle d'une diode à jonction p-n normale.
La VT ou la chute de tension directe de la diode Schottky est en grande partie déterminée par le métal à l'intérieur. Il se trouve qu'il y a un compromis entre l'effet de la température et le niveau de VT. Si l'un de ces paramètres augmente, l'autre augmente également en dégradant le niveau d'efficacité de l'appareil. En outre, le VT dépend également de la plage de courant, des valeurs admissibles inférieures garantissent des valeurs inférieures de VT. La chute avant VT peut être essentiellement jusqu'à zéro pour des unités de bas niveau données, dans une évaluation approximative. Pour les plages de courant moyennes et supérieures, les valeurs de chute vers l'avant pourraient être d'environ 0,2 V, ce qui semble être une valeur représentative fine.
Pour le moment, la plage de courant maximale tolérable de la diode Schottky disponible est d'environ 75 ampères, bien que jusqu'à 100 ampères puissent également être à l'horizon bientôt.
Application de la diode Schottky
Le principal domaine d'application des diodes Schottky est dans les alimentations à découpage ou SMPS, qui sont destinées à fonctionner avec des fréquences supérieures à 20 kHz.
En règle générale, une diode Schottky de 50 ampères à température ambiante peut être évaluée avec une tension directe de 0,6 V et un temps de récupération de 10 ns, spécialement conçu pour une application SMPS. D'autre part, une diode à jonction p-n ordinaire peut présenter une chute vers l'avant de 1,1 V et un tome de récupération d'environ 30 à 50 ns, à la même spécification de courant.
Vous pouvez trouver que la différence de tension directe ci-dessus est assez petite, cependant si nous regardons le niveau de dissipation de puissance entre les deux: P (porteuse chaude) = 0,6 x 50 = 30 watts, et P (pn) = 1,1 x 50 = 55 watts, ce qui est une différence assez mesurable, qui peut nuire gravement à l'efficacité du SMPS.
Bien que, dans la région de polarisation inverse, la dissipation dans une diode Schottky puisse être légèrement plus élevée, la dissipation nette de polarisation directe et inverse sera toujours bien meilleure qu'une diode à jonction p-n.
Temps de récupération inverse
Dans une diode semi-conductrice p-n ordinaire, le temps de récupération inverse (trr) est élevé en raison des porteurs minoritaires injectés.
Dans les diodes Schottky en raison de porteurs minoritaires extrêmement faibles, le temps de récupération inverse est sensiblement faible. C'est pourquoi les diodes Schottky sont capables de fonctionner si efficacement même à des fréquences de 20 GHz, ce qui oblige les appareils à basculer à une vitesse extrêmement rapide.
Pour des fréquences plus élevées que cela, une diode de contact ponctuel ou une diode à cristal est toujours utilisée, en raison de leur très petite zone de jonction ou de leur zone de jonction ponctuelle.
Circuit équivalent de diodes Schottky
La figure suivante représente le circuit équivalent d'une diode Schottky avec des valeurs typiques. Le symbole adjacent est le symbole standard de l'appareil.
L'inductance Lp et la capacité Cp sont les valeurs spécifiées dans le boîtier lui-même, rB constitue la résistance série constituée de la résistance de contact et de la résistance de masse.
Les valeurs de la résistance rd et de la capacité Cj sont conformes aux calculs discutés dans les paragraphes précédents.
Tableau des spécifications de la diode Schottky
Le tableau ci-dessous nous fournit une liste des redresseurs à porteuse chaude fabriqués par Motorola Semiconductor Products avec leurs spécifications et les détails de brochage.
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