Диод Шоттки

Дио́д Шо́ттки — полупроводниковый диод с малым падением напряжения при прямом пропускании тока.

Назван в честь немецкого физика Вальтера Шоттки. В специальной литературе часто используется более полное название — Диод с барьером 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,
• большой 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 диод Шоттки работает только на основных носителях, а его быстродействие определяется только барьерной ёмкостью.

Диоды Шоттки изготавливаются обычно на основе кремния (Si), карбида кремния (SiC)^[1][2] 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 микшерах (смесителях) — необходимую мощность гетеродина. Поэтому чаще всего используются следующие металлы: Ag, Au, Pt, Pd, W, наносимые на поверхность полупроводника и задающие величину потенциального барьера0,2…0,9 эВ.

На практике большинство диодов Шоттки на основе кремния (Si) применяются в низковольтных цепях при обратном напряжении порядка от единиц до нескольких десятков вольт. Диоды Шоттки на основе карбида кремния (SiC) применяются в более высоковольтных цепях — их предельное обратное напряжение составляет от 600 до 1200 В^[1][2]. Прямое падение напряжение у таких диодов, как правило, не меньше, чем у аналогичных по предельным параметром кремниевых диодов с p-n-переходом, а их основные преимущества заключаются в высоком быстродействии и малой барьерной ёмкости. Такие диоды часто используются в выходных цепях корректоров коэффициента мощности (PFC).

Достоинства

• Разность потенциалов — падение напряжения — на диоде Шоттки при его прямом включении и максимально допустимом токе через него составляет 0,2—0,4 вольта, в то время как у диодов с p-n-переходом (например, кремниевых) 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. То есть при более высоких предельных обратных напряжениях диод Шоттки утрачивает свои преимущества перед диодом с p-n-переходом.
• Диоды Шоттки имеют ёмкость меньшую чем у диодов с p-n-переходом, так как при прохождении прямого тока в них не накапливаются неосновные носители заряда (т. е. отсутствует диффузионная ёмкость), поэтому диоды Шоттки имеют более высокую рабочую частоту. Это свойство диодов Шоттки используется в ТТЛ и логических интегральных микросхемах, где переходы «база-коллектор» транзисторов шунтируются диодами Шоттки и в открытом состоянии транзистора избыточный управляющий ток базы направляется в коллектор, что препятствуют накоплению заряда неосновных носителей в базовом слое транзистора.

В силовой электронике малое время восстановления позволяет строить выпрямители с рабочими частотами в сотни килогерц и выше. Например, у диода MBR4015 (предельно-допустимое обратное напряжение 15 В, предельно-допустимый прямой ток 40 А), MBR4015 предназначен для выпрямления высокочастотного напряжения (время обратного восстановления около 10 кВ/мкс^[3]).

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

Недостатки

• Даже при кратковременном превышении максимального допустимого обратного напряжения диод Шоттки необратимо выходит из строя — тогда как диод с p-n переходом в такой же ситуации переходит в режим обратимого^[4]лавинного пробоя: структура диода с p-n-переходом при этом не разрушается, если рассеиваемая его кристаллом мощность не превышает допустимый максимум (после снятия высокого обратного напряжения диод с p-n-переходом, в отличие от диода Шоттки, полностью восстанавливает свои свойства).
• Диоды Шоттки характеризуются повышенными (в сравнении с диодами с p-n-переходом) обратными токами, возрастающими с ростом температуры кристалла. Например, для диода 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 в составные 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^[5] 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. 

В статье не хватает ссылок на источники (см. рекомендации по поиску).

Информация должна быть проверяема, иначе она может быть удалена. Вы можете отредактировать статью, добавив ссылки на авторитетные источники в виде сносок.(25 октября 2014)