Diodes Schottky - appareil, types, caractéristiques et utilisation

Les diodes Schottky, ou plus précisément les diodes à barrière Schottky, sont des dispositifs semi-conducteurs réalisés à base d'un contact métal-semi-conducteur, alors que les diodes classiques utilisent une jonction pn semi-conductrice.

La diode Schottky doit son nom et son apparition en électronique au physicien allemand Walter Schottky, qui en 1938, étudiant l'effet barrière nouvellement découvert, confirma la théorie antérieure selon laquelle même l'émission d'électrons du métal était entravée par la barrière de potentiel , mais avec le champ électrique externe appliqué, cette barrière diminuera. Walter Schottky a découvert cet effet, qui s'appelait alors l'effet Schottky, en l'honneur du scientifique.

Côté physique

En examinant le contact entre le métal et le semi-conducteur, on peut voir que si près de la surface du semi-conducteur il y a une région appauvrie en la plupart des porteurs de charge, alors dans la région de contact de ce semi-conducteur avec le métal du côté du semi-conducteur , une zone spatiale se forme chargée d'accepteurs et de donneurs ionisés et un contact bloquant se produit - la barrière Schottky elle-même ... Dans quelles conditions cette barrière se produit-elle? Le courant de rayonnement thermionique de la surface d'un solide est déterminé par l'équation de Richardson :

Créons des conditions où lorsqu'un semi-conducteur, par exemple de type n, est en contact avec un métal, le travail de travail thermodynamique des électrons du métal serait supérieur au travail de travail thermodynamique des électrons du semi-conducteur. Dans de telles conditions, selon l'équation de Richardson, le courant de rayonnement thermionique de la surface du semi-conducteur sera supérieur au courant de rayonnement thermionique de la surface métallique :

Au moment initial, lors du contact de ces matériaux, le courant du semi-conducteur au métal dépassera le courant inverse (du métal au semi-conducteur), à la suite de quoi dans les régions proches de la surface des semi-conducteurs et métal, les charges d'espace commenceront à s'accumuler - positives dans le semi-conducteur et négatives - dans le métal. Dans la zone de contact, un champ électrique formé par ces charges va apparaître et une flexion des bandes d'énergie va avoir lieu.

Sous l'action du champ, la fonction de travail thermodynamique pour le semi-conducteur augmentera et l'augmentation se poursuivra jusqu'à ce que les fonctions de travail thermodynamiques et les courants de rayonnement thermioniques correspondants appliqués à la surface deviennent égaux dans la région de contact.

L'image de la transition vers un état d'équilibre avec la formation d'une barrière de potentiel pour le semi-conducteur de type p et le métal est similaire à l'exemple considéré avec le semi-conducteur de type n et le métal. Le rôle de la tension externe est de réguler la hauteur de la barrière de potentiel et l'intensité du champ électrique dans la région de charge d'espace du semi-conducteur.

La figure ci-dessus montre les diagrammes de zone des différentes étapes de la formation de la barrière Schottky. Dans des conditions d'équilibre dans la zone de contact, les courants d'émission thermique s'égalisent, sous l'effet du champ, une barrière de potentiel apparaît, dont la hauteur est égale à la différence entre les fonctions de travail thermodynamiques : φk = FMe — Фп / п.

De toute évidence, la caractéristique courant-tension de la barrière Schottky s'avère asymétrique. Dans le sens direct, le courant augmente de façon exponentielle avec la tension appliquée. Dans le sens opposé, le courant ne dépend pas de la tension.Dans les deux cas, le courant est conduit par des électrons comme principaux porteurs de charge.

Par conséquent, les diodes Schottky se distinguent par leur vitesse, car elles excluent les processus diffus et de recombinaison qui nécessitent un temps supplémentaire. La dépendance du courant à la tension est liée à une modification du nombre de porteurs, puisque ces porteurs sont impliqués dans le processus de transfert de charge. La tension externe modifie le nombre d'électrons qui peuvent passer d'un côté de la barrière Schottky à l'autre côté.

En raison de la technologie de fabrication et sur la base du principe de fonctionnement décrit, les diodes Schottky ont une faible chute de tension dans le sens direct, bien inférieure à celle des diodes p-n traditionnelles.

Ici, même un petit courant initial à travers la zone de contact conduit à un dégagement de chaleur, qui contribue ensuite à l'apparition de porteurs de courant supplémentaires. Dans ce cas, il n'y a pas d'injection de porteurs de charges minoritaires.

Les diodes Schottky n'ont donc pas de capacité diffuse car il n'y a pas de porteurs minoritaires et par conséquent la vitesse est assez élevée par rapport aux diodes semi-conductrices. Il s'avère être un semblant de jonction p-n asymétrique pointue.

Ainsi, tout d'abord, les diodes Schottky sont des diodes hyperfréquences à usages divers : détecteur, mélangeur, transit d'avalanche, paramétrique, pulsé, multiplicateur. Les diodes Schottky peuvent être utilisées comme détecteurs de rayonnement, jauges de contrainte, détecteurs de rayonnement nucléaire, modulateurs de lumière et enfin redresseurs haute fréquence.

Désignation de la diode Schottky sur les schémas

Diode Schottky aujourd'hui

Aujourd'hui, les diodes Schottky sont largement utilisées dans les appareils électroniques. Dans les schémas, elles sont représentées différemment des diodes conventionnelles. Vous pouvez souvent trouver des redresseurs Schottky doubles fabriqués dans le boîtier à trois broches typique des interrupteurs de puissance. De telles structures doubles contiennent deux diodes Schottky à l'intérieur, reliées par des cathodes ou des anodes, plus souvent que des cathodes.

Les diodes de l'assemblage ont des paramètres très similaires, car chacun de ces nœuds est produit en un cycle technologique et, par conséquent, leur température de fonctionnement est en conséquence la même et la fiabilité est plus élevée. Une chute de tension soutenue de 0,2 à 0,4 volts ainsi qu'une vitesse élevée (unités de nanosecondes) sont les avantages incontestables des diodes Schottky par rapport à leurs homologues p-n.

La particularité de la barrière Schottky dans les diodes, en relation avec une faible chute de tension, se manifeste à des tensions appliquées allant jusqu'à 60 volts, bien que la vitesse reste constante. Aujourd'hui, les diodes Schottky de type 25CTQ045 (pour des tensions jusqu'à 45 volts, pour des courants jusqu'à 30 ampères pour chaque paire de diodes du montage) se retrouvent dans de nombreuses alimentations à découpage, où elles servent de redresseurs pour des courants jusqu'à plusieurs centaine de kilohertz.

Il est impossible de ne pas aborder le sujet des inconvénients des diodes Schottky, bien sûr qu'ils le sont et il y en a deux. Premièrement, un excès à court terme de la tension critique désactivera immédiatement la diode. Deuxièmement, la température affecte fortement le courant inverse maximum. À une température de jonction très élevée, la diode se cassera simplement même lorsqu'elle fonctionne à la tension nominale.

Aucun radioamateur ne peut se passer des diodes Schottky dans sa pratique. Les diodes les plus populaires peuvent être notées ici : 1N5817, 1N5818, 1N5819, 1N5822, SK12, SK13, SK14. Ces diodes sont disponibles en version sortie et SMD. La principale chose que les radioamateurs les apprécient tant est leur grande vitesse et leur faible chute de tension de jonction - un maximum de 0,55 volts - à un faible coût de ces composants.

Un PCB rare se passe de diodes Schottky pour un usage ou un autre. Quelque part, la diode Schottky sert de redresseur de faible puissance pour le circuit de rétroaction, quelque part - comme un stabilisateur de tension au niveau de 0,3 à 0,4 volts, et quelque part c'est un détecteur.

Dans le tableau ci-dessous, vous pouvez voir les paramètres des diodes Schottky basse consommation les plus courantes aujourd'hui.