Dioda Schottky - Bekerja, Karakteristik, Aplikasi

Dioda penghalang Schottky adalah dioda semikonduktor yang dirancang dengan tegangan maju minimal dan kecepatan switching cepat yang mungkin serendah 10 ns. Ini diproduksi dalam rentang arus 500 mA hingga 5 amp dan hingga 40 V. Karena fitur ini, mereka menjadi cocok secara khusus dalam aplikasi tegangan rendah, frekuensi tinggi seperti di SMPS, dan juga sebagai dioda freewheeling yang efisien.

Simbol perangkat ditunjukkan pada gambar berikut:

Kesopanan: https://en.wikipedia.org/wiki/Schottky_diode

Konstruksi Internal

Dioda Schottky dibangun secara berbeda dibandingkan dengan dioda p-n junction tradisional. Alih-alih persimpangan p-n, mereka dibangun menggunakan a sambungan semikonduktor logam seperti gambar dibawah.

Bagian semikonduktor sebagian besar dibuat menggunakan silikon tipe-n, dan juga dengan sekumpulan bahan yang berbeda seperti platina, tungsten, molibdenum, krom dll. Dioda mungkin memiliki rangkaian karakteristik yang berbeda tergantung pada bahan mana yang digunakan, memungkinkannya untuk ditingkatkan kecepatan switching, penurunan tegangan maju yang lebih rendah dll.

Bagaimana itu bekerja

Dalam dioda Schottky elektron menjadi pembawa mayoritas dalam bahan semikonduktor, sedangkan di logam menunjukkan pembawa minoritas yang sangat kecil (lubang). Ketika dua bahan dihubungkan, elektron yang ada dalam semikonduktor silikon mulai mengalir dengan cepat menuju logam yang terhubung, menghasilkan transfer besar-besaran pembawa mayoritas. Karena energi kinetiknya meningkat daripada logam, mereka secara umum disebut 'pembawa panas'.

Dioda p-n junction normal pembawa minoritas diinjeksikan melintasi polaritas berdekatan yang berbeda. Sedangkan di dioda Schottky elektron diinjeksikan melintasi daerah dengan polaritas yang identik.

Masuknya elektron secara besar-besaran ke logam menyebabkan hilangnya banyak pembawa untuk bahan silikon di daerah dekat permukaan sambungan, yang menyerupai daerah penipisan sambungan p-n dioda lain. Operator tambahan dalam logam menciptakan 'dinding negatif' pada logam antara logam dan semikonduktor yang menghalangi arus masuk lebih lanjut. Artinya elektron bermuatan negatif pada semikonduktor silikon di dalam dioda Schottky memfasilitasi daerah bebas pembawa bersama dengan dinding negatif pada permukaan logam.

Mengacu pada gambar di bawah ini, menerapkan arus prategangan maju di kuadran pertama menyebabkan pengurangan energi penghalang negatif karena tarikan positif dari elektron di daerah ini. Hal ini menyebabkan aliran balik elektron dalam jumlah besar melintasi batas. Besarnya elektron ini tergantung pada besarnya potensial yang diterapkan untuk bias.

Perbedaan antara dioda Normal dan dioda Schottky

Dibandingkan dengan dioda sambungan p-n normal, sambungan penghalang di dioda Schottky lebih rendah, baik di daerah bias maju dan mundur.

Hal ini memungkinkan dioda Schottky memiliki konduksi arus yang jauh lebih baik untuk tingkat potensial bias yang sama, baik di wilayah bias maju maupun mundur. Ini tampaknya menjadi fitur yang baik di wilayah bias maju, meskipun buruk untuk wilayah bias balik.

Definisi karakteristik umum dioda semikonduktor untuk daerah bias maju dan mundur diwakili oleh persamaan:

saya _D = Saya _S ( aku s ^{kVd / Tk} -1)

dimana Is = membalikkan arus saturasi
k = 11.600 / η dengan η = 1 untuk material Germanium dan η = 2 untuk material Silicon

Persamaan yang sama menggambarkan kenaikan eksponensial arus di dioda Schottky pada gambar berikut, namun faktor η ditentukan oleh jenis konstruksi dioda.

Di wilayah bias balik, arus Aku s ini terutama disebabkan oleh elektron-elektron logam yang merambat ke dalam bahan semikonduktor.

Karakteristik Suhu

Untuk dioda Schottky, salah satu aspek utama yang terus diteliti adalah bagaimana meminimalkan arus bocor yang substansial pada suhu tinggi di atas 100 ° C.

Ini telah menghasilkan produksi perangkat yang lebih baik dan lebih baik yang dapat bekerja secara efisien bahkan pada suhu ekstrim antara - 65 hingga + 150 ° C.

Dalam suhu ruangan yang khas, kebocoran ini dapat berada dalam kisaran mikroampere untuk dioda Schottky berdaya rendah, dan dalam kisaran miliampere untuk perangkat berdaya tinggi.

Namun, angka ini lebih besar jika dibandingkan dengan dioda p-n normal pada spesifikasi daya yang sama. Juga Peringkat PIV untuk dioda Schottky bisa jauh lebih sedikit daripada dioda tradisional kami.

Misalnya, biasanya perangkat 50 amp mungkin memiliki peringkat PIV 50 V, sedangkan ini mungkin hingga 150 V untuk dioda 50 amp normal. Yang mengatakan, kemajuan baru-baru ini telah mengaktifkan dioda Schottky dengan peringkat PIV lebih dari 100 V pada nilai ampere yang sama.

Menjadi sangat jelas dari representasi grafis di atas bahwa dioda Schottky dikaitkan dengan serangkaian karakteristik yang hampir ideal, bahkan lebih baik daripada dioda kristal (dioda kontak titik). Penurunan maju dari dioda kontak titik biasanya lebih rendah dari dioda sambungan p-n normal.

VT atau penurunan tegangan maju dari dioda Schottky sebagian besar ditentukan oleh logam di dalamnya. Kebetulan ada trade-off antara efek suhu dan level VT. Jika salah satu dari parameter ini meningkat, yang lainnya juga meningkatkan penurunan tingkat efisiensi perangkat. Selain itu, VT juga bergantung pada kisaran saat ini, nilai yang diizinkan lebih rendah memastikan nilai VT yang lebih rendah. Penurunan VT ke depan pada dasarnya bisa turun ke nol untuk unit tingkat rendah tertentu, dalam evaluasi perkiraan. Untuk rentang arus menengah dan tinggi, nilai penurunan ke depan bisa sekitar 0,2 V, dan ini tampaknya merupakan nilai representatif yang bagus.

Saat ini kisaran arus maksimum yang dapat ditoleransi dioda Schottky yang tersedia adalah sekitar 75 amp, meskipun hingga 100 amp juga mungkin akan segera muncul.

Aplikasi Dioda Schottky

Area aplikasi utama dioda Schottky adalah dalam mengalihkan catu daya atau SMPS, yang dimaksudkan untuk bekerja dengan frekuensi lebih dari 20 kHz.

Biasanya, dioda Schottky 50 amp pada suhu kamar dapat diberi pengenal dengan tegangan maju 0,6 V, dan waktu pemulihan 10 ns, yang dirancang khusus untuk aplikasi SMPS. Di sisi lain, dioda persimpangan p-n biasa dapat menunjukkan penurunan ke depan 1,1 V dan jumlah pemulihan sekitar 30 hingga 50 ns, pada spesifikasi saat ini yang sama.

Anda mungkin menemukan perbedaan tegangan maju di atas cukup kecil, namun jika kita melihat tingkat disipasi daya antara keduanya: P (pembawa panas) = ​​0,6 x 50 = 30 watt, dan P (pn) = 1,1 x 50 = 55 watt, yang merupakan perbedaan yang cukup terukur, yang dapat sangat merusak efisiensi SMP.

Meskipun, di wilayah bias balik disipasi di dioda Schottky mungkin sedikit lebih tinggi, tetap saja disipasi bias maju dan mundur bersih akan jauh lebih baik daripada dioda p-n junction.

Membalik Waktu Pemulihan

Dalam dioda semikonduktor p-n biasa, waktu pemulihan terbalik (trr) tinggi karena pembawa minoritas yang diinjeksikan.

Di Dioda Schottky karena pembawa minoritas yang sangat rendah, waktu pemulihan balik secara substansial rendah. Inilah sebabnya mengapa Dioda Schottky dapat bekerja dengan sangat efektif bahkan pada frekuensi 20 GHz, yang memerlukan perangkat untuk beralih pada kecepatan yang sangat cepat.

Untuk frekuensi yang lebih tinggi dari ini, dioda kontak-titik atau dioda kristal masih digunakan, karena area persimpangan atau area persimpangan titik yang sangat kecil.

Sirkuit Setara Dioda Schottky

Gambar berikutnya menggambarkan rangkaian ekuivalen Dioda Schottky dengan nilai tipikal. Simbol yang berdampingan adalah simbol standar perangkat.

Induktansi Lp dan kapasitansi Cp adalah nilai yang ditentukan dalam paket itu sendiri, rB merupakan resistansi seri yang terdiri dari resistansi kontak dan resistansi massal.

Nilai untuk resistansi rd dan kapasitansi Cj sesuai dengan perhitungan yang dibahas di paragraf sebelumnya.

Bagan Spesifikasi Dioda Schottky

Bagan di bawah ini memberikan daftar penyearah pembawa panas yang diproduksi oleh Produk Semikonduktor Motorola beserta spesifikasi dan detail pinoutnya.