Диод Шоттки

В диодах Шоттки в качестве барьера Шоттки используется переход металл-полупроводник, в отличие от обычных диодов, где используется p-n-переход. Переход металл-полупроводник обладает рядом особенных свойств (отличных от свойств полупроводникового p-n-перехода). К ним относятся: пониженное падение напряжения при прямом включении, высокий ток утечки, очень маленький заряд обратного восстановления. Последнее объясняется тем, что по сравнению с обычным p-n-переходом у таких диодов отсутствует диффузия, связанная с инжекцией неосновных носителей, то есть они работают только на основных носителях, а их быстродействие определяется только барьерной ёмкостью.

Диоды Шоттки изготавливаются обычно на основе кремния (Si) или арсенида галлия (GaAs), реже — на основе германия (Ge). Выбор металла для контакта с полупроводником определяет многие параметры диода Шоттки. В первую очередь — это величина контактной разности потенциалов, образующейся на границе металл-полупроводник. При использовании диода Шоттки в качестве детектора она определяет его чувствительность, а при использовании в смесителях — необходимую мощность гетеродина. Поэтому чаще всего используются металлы Ag, Au, Pt, Pd, W, которые наносятся на поверхность полупроводника и дают величину потенциального барьера 0,2…0,9 эВ.

Допустимое обратное напряжение выпускаемых диодов Шоттки ограничено 1200 вольтами (CSD05120 и аналоги), на практике большинство диодов Шоттки применяются в низковольтных цепях при обратном напряжении порядка единиц — нескольких десятков вольт.

Достоинства

• Падение напряжения на диоде Шоттки при его прямом включении и максимально-допустимом токе через прибор составляет 0,2—0,4 вольта, в то время как для обычных, например, кремниевых диодов с p-n-переходом это значение порядка 0,6—0,7 вольта. Однако столь малое падение напряжения на диоде Шоттки при его прямом включении присуще только сериям с предельно-допустимым обратным напряжением до десятков вольт, тогда как у приборов с более высоким предельно-допустимым обратным напряжением становится сравнимым с прямым падением напряжения кремниевых диодов, что может ограничивать применение диодов Шоттки.
• Диоды Шоттки имеют ёмкость ниже чем у диодов с p-n-переходом, так как в них нет накопления неосновных носителей заряда в структуре при прохождении прямого тока (диффузионная ёмкость), поэтому имеют более высокую рабочую частоту. Это свойство диодов Шоттки в логических интегральных микросхемах, где диодами Шоттки шунтируются переходы база-коллектор транзисторов и в открытом состоянии транзистора избыточный управляющий ток базы отбирается в коллектор, что препятствуют накоплению заряда неосновных носителей в базовом слое.

В силовой электронике малое время восстановления позволяет строить выпрямители на частоты в сотни килогерц и выше. Например, у диода MBR4015 (предельно-допустимое обратное напряжение 15 В, предельно-допустимый прямой ток 40 А), предназначенного для выпрямления высокочастотного напряжения, время обратного восстановления около 10 кВ/мкс[1].

• Благодаря быстрому восстановлению обратного сопротивления, выпрямители на диодах Шоттки отличаются от выпрямителей на обычных диодах пониженным уровнем помех из-за отсутствия коротких импульсов, возникающих при запирании диода в процессе обратного восстановления, поэтому они предпочтительнее для применения в аналоговых вторичных источниках питания.

Недостатки

• Даже при кратковременном превышении максимально допустимого значения обратного напряжения диод Шоттки необратимо выходит из строя, в отличие от обычных кремниевых диодов с p-n переходом, которые переходят в режим обратимого[2] лавинного пробоя и их структура не разрушается, если рассеиваемая кристаллом диода мощность не превышает допустимых значений; после снятия высокого обратного напряжения обычный диод, в отличие от диода Шоттки, полностью восстанавливает свои свойства.
• Диоды Шоттки характеризуются повышенными (относительно обычных кремниевых p-n-диодов) обратными токами, возрастающими с ростом температуры кристалла. Например, для прибора 30CPQ150 обратный ток при максимальном обратном напряжении изменяется от 0,12 мА при +25 °C до 6,0 мА при +125 °C. У низковольтных диодов в корпусах ТО220 обратный ток может превышать сотни миллиампер (MBR4015 — до 600 мА при +125 °C). Неудовлетворительные условия теплоотвода при работе диода Шоттки с высокими обратными токами может привести к его тепловому пробою.

Диоды Шоттки часто входят составные в современные дискретные полупроводниковые приборы:

• МОП-транзисторы со встроенным обратным диодом Шоттки (впервые выпущены компанией International Rectifier под торговой маркой FETKY в 1996) — основной компонент синхронных выпрямителей. В отличие от обычного МОП-транзистора, встроенный в прибор обратный диод которого отличается высоким прямым падением напряжения и посредственными временны́ми характеристиками (так как представляет собой обычный диод на p-n переходе, образуемый областями стока и подложкой, объединённой с истоком), использование обратного диода Шоттки позволяет строить силовые синхронные выпрямители с частотой преобразования в сотни килогерц и выше. Существуют приборы этого класса со встроенными схемами управления затворами и устройствами управления синхронным выпрямлением.
• Так называемые ORing-диоды[3] и ORing-сборки — силовые диоды и диодные сборки, применяемые для объединения параллельных источников питания с общей нагрузкой в устройствах повышенной надёжности с резервированием по отказу питания (логическое ИЛИ по питанию). Отличаются особо низким, нормируемым прямым падением напряжения. Например, специализированный миниатюрный диод MBR140 (30 В, 1 А) при токе 100 мА имеет прямое падение напряжения не более 360 мВ при +25 °C и 300 мВ при +85 °C. ORing-диоды характеризуются относительно большой площадью p-n-перехода и низкими плотностями тока.

Диод Шоттки — статья из Большой советской энциклопедии.