الثنائيات Schottky - الجهاز والأنواع والخصائص والاستخدام

الثنائيات شوتكي ، أو بتعبير أدق ثنائيات شوتكي الحاجزة ، هي أجهزة أشباه موصلات مصنوعة على أساس تلامس أشباه الموصلات المعدنية ، بينما تستخدم الثنائيات التقليدية تقاطع أشباه الموصلات pn.

يدين الصمام الثنائي شوتكي باسمه وظهوره في الإلكترونيات إلى الفيزيائي الألماني والتر شوتكي ، الذي أكد في عام 1938 ، بدراسة تأثير الحاجز المكتشف حديثًا ، النظرية السابقة التي وفقًا لها حتى انبعاث الإلكترونات من المعدن قد أعاقه الحاجز المحتمل. ، ولكن مع المجال الكهربائي الخارجي المطبق ، سينخفض ​​هذا الحاجز. اكتشف والتر شوتكي هذا التأثير ، والذي أطلق عليه فيما بعد تأثير شوتكي ، تكريما للعالم.

الجانب المادي

عند فحص التلامس بين المعدن وأشباه الموصلات ، يمكن ملاحظة أنه إذا كانت هناك منطقة مستنفدة في معظم ناقلات الشحنة بالقرب من سطح أشباه الموصلات ، ثم في منطقة التلامس بين أشباه الموصلات والمعدن على جانب أشباه الموصلات ، منطقة الفضاء تتشكل شحنة من المستقبلات المؤينة والمتبرعين ويحدث اتصال مانع - حاجز شوتكي نفسه ... تحت أي ظروف يحدث هذا الحاجز؟ يتم تحديد تيار الإشعاع الحراري من سطح المادة الصلبة بواسطة معادلة ريتشاردسون:

دعونا نخلق الظروف التي يكون فيها أحد أشباه الموصلات ، على سبيل المثال من النوع n ، على اتصال بمعدن ، فإن وظيفة العمل الديناميكي الحراري للإلكترونات من المعدن ستكون أكبر من وظيفة العمل الديناميكي الحراري للإلكترونات من أشباه الموصلات. في ظل هذه الظروف ، وفقًا لمعادلة ريتشاردسون ، سيكون تيار الإشعاع الحراري من سطح أشباه الموصلات أكبر من تيار الإشعاع الحراري من سطح المعدن:

في اللحظة الأولى من الزمن ، عند ملامسة هذه المواد ، سيتجاوز التيار من أشباه الموصلات إلى المعدن التيار العكسي (من المعدن إلى أشباه الموصلات) ، ونتيجة لذلك في المناطق القريبة من السطح لكل من أشباه الموصلات و المعدن ، ستبدأ الشحنات الفضائية في التراكم - موجبة في أشباه الموصلات وسالبة - في المعدن. في منطقة التلامس ، سينشأ مجال كهربائي يتكون من هذه الشحنات وسيحدث انحناء لنطاقات الطاقة.

تحت تأثير المجال ، ستزداد وظيفة العمل الديناميكي الحراري لأشباه الموصلات وستستمر الزيادة حتى تصبح وظائف العمل الديناميكي الحراري وتيارات الإشعاع الحراري المطبقة على السطح متساوية في منطقة التلامس.

تشبه صورة الانتقال إلى حالة التوازن مع تكوين حاجز محتمل لأشباه الموصلات من النوع p والمعدن المثال المدروس مع أشباه الموصلات من النوع n والمعدن. يتمثل دور الجهد الخارجي في تنظيم ارتفاع الحاجز المحتمل وقوة المجال الكهربائي في منطقة الشحن الفضائي لأشباه الموصلات.

يوضح الشكل أعلاه المخططات المساحية للمراحل المختلفة لتشكيل حاجز شوتكي. في ظل ظروف التوازن في منطقة التلامس ، تتساوى تيارات الانبعاث الحراري ، بسبب تأثير المجال ، يظهر حاجز محتمل ، ارتفاعه يساوي الفرق بين وظائف العمل الديناميكي الحراري: φk = FMe - п / п.

من الواضح أن خاصية الجهد الحالي لحاجز شوتكي تبين أنها غير متماثلة. في الاتجاه الأمامي ، يزداد التيار أضعافًا مضاعفة مع الجهد المطبق. في الاتجاه المعاكس ، لا يعتمد التيار على الجهد ، وفي كلتا الحالتين ، يتم دفع التيار بواسطة الإلكترونات باعتبارها حوامل الشحن الرئيسية.

لذلك ، تتميز ثنائيات شوتكي بسرعتها ، لأنها تستبعد عمليات الانتشار وإعادة التركيب التي تتطلب وقتًا إضافيًا. يرتبط اعتماد التيار على الجهد بالتغير في عدد الموجات الحاملة ، نظرًا لأن هذه الحاملات تشارك في عملية نقل الشحنة. يغير الجهد الخارجي عدد الإلكترونات التي يمكن أن تنتقل من جانب واحد من حاجز شوتكي إلى الجانب الآخر.

نظرًا لتكنولوجيا التصنيع واستنادًا إلى مبدأ التشغيل الموصوف ، فإن ثنائيات شوتكي لديها انخفاض في الجهد المنخفض في الاتجاه الأمامي ، أصغر بكثير من الثنائيات التقليدية p-n.

هنا ، حتى تيار ابتدائي صغير عبر منطقة التلامس يؤدي إلى إطلاق حرارة ، مما يساهم بعد ذلك في ظهور ناقلات تيار إضافية. في هذه الحالة ، لا يوجد حقن لشحنات الأقلية.

وبالتالي ، لا تحتوي ثنائيات شوتكي على سعة منتشرة حيث لا توجد ناقلات أقلية ونتيجة لذلك تكون السرعة عالية جدًا مقارنة بصمامات ثنائية أشباه الموصلات. اتضح أنه يشبه تقاطع pn غير متماثل حاد.

وبالتالي ، أولاً وقبل كل شيء ، فإن ثنائيات شوتكي هي ثنائيات ميكروويف لأغراض مختلفة: كاشف ، خلط ، عبور الانهيار الجليدي ، حدودي ، نبضي ، مضاعف. يمكن استخدام ثنائيات شوتكي ككاشف للإشعاع ، ومقاييس إجهاد ، وكاشفات إشعاع نووي ، ومعدلات ضوئية ، وأخيراً مقومات عالية التردد.

تعيين شوتكي ديود على الرسوم البيانية

ديود شوتكي اليوم

اليوم ، تستخدم ثنائيات شوتكي على نطاق واسع في الأجهزة الإلكترونية. في الرسوم البيانية ، تم تصويرها بشكل مختلف عن الثنائيات التقليدية. يمكنك غالبًا العثور على مقومات شوتكي المزدوجة المصنوعة في مبيت ثلاثي المسامير نموذجي لمفاتيح الطاقة. تحتوي هذه الهياكل المزدوجة على اثنين من ثنائيات Schottky بالداخل ، متصلة بواسطة كاثودات أو أنودات ، في كثير من الأحيان أكثر من الكاثودات.

تحتوي الثنائيات الموجودة في التجميع على معلمات متشابهة جدًا ، نظرًا لأن كل عقدة يتم إنتاجها في دورة تكنولوجية واحدة ، ونتيجة لذلك ، تكون درجة حرارة التشغيل هي نفسها وفقًا لذلك وتكون الموثوقية أعلى. يعتبر انخفاض الجهد المستمر بمقدار 0.2-0.4 فولت مع السرعة العالية (وحدات النانو ثانية) من المزايا التي لا شك فيها لثنائيات شوتكي على نظيراتها من p-n.

تتجلى خصوصية حاجز شوتكي في الثنائيات ، فيما يتعلق بانخفاض الجهد المنخفض ، في الفولتية المطبقة حتى 60 فولت ، على الرغم من أن السرعة تظل ثابتة. اليوم ، يمكن العثور على ثنائيات شوتكي من النوع 25CTQ045 (للجهد حتى 45 فولت ، للتيارات التي تصل إلى 30 أمبير لكل زوج من الثنائيات في التجميع) في العديد من إمدادات الطاقة التحويلية ، حيث تعمل كمقومات للتيارات حتى عدة مائة كيلوهرتز.

من المستحيل عدم التطرق إلى موضوع عيوب ثنائيات شوتكي ، بالطبع هناك اثنان منهم. أولاً ، سيؤدي زيادة الجهد الحرج على المدى القصير إلى تعطيل الصمام الثنائي على الفور. ثانيًا ، تؤثر درجة الحرارة بشدة على أقصى تيار عكسي. عند درجة حرارة تقاطع عالية جدًا ، سينكسر الصمام الثنائي ببساطة حتى عند التشغيل بجهد مقدر.

لا يمكن لأي هواة راديو الاستغناء عن ثنائيات شوتكي في ممارسته. يمكن ملاحظة الثنائيات الأكثر شيوعًا هنا: 1N5817 ، 1N5818 ، 1N5819 ، 1N5822 ، SK12 ، SK13 ، SK14. تتوفر هذه الثنائيات في كل من إصدارات الإخراج و SMD. الشيء الرئيسي الذي يقدره هواة الراديو كثيرًا هو السرعة العالية وانخفاض جهد التوصيل المنخفض - بحد أقصى 0.55 فولت - بتكلفة منخفضة لهذه المكونات.

يعمل ثنائي الفينيل متعدد الكلور النادر بدون ثنائيات شوتكي لغرض أو لآخر. يعمل الصمام الثنائي شوتكي في مكان ما كمُعدِّل منخفض الطاقة لدائرة التغذية الراجعة ، في مكان ما - كمثبت للجهد عند مستوى 0.3 - 0.4 فولت ، وفي مكان ما يكون كاشفًا.

في الجدول أدناه ، يمكنك رؤية معلمات أكثر صمامات شوتكي ثنائية الطاقة المنخفضة شيوعًا اليوم.