О диоде шоттки: общий принцип работы, маркировка, обозначение

Как проверить диодный мост

Иногда имеется ситуация, когда нужно проверить на работоспособность диодный мост. Он имеет вид сборки, состоящей из четырех полупроводников. Они соединяются таким образом, чтобы переменное напряжение, подаваемое к двум из четырех спаянных элементов, переходило в постоянное. Последнее снимается с двух других выводов. В результате происходит выпрямление переменного напряжения и перевод его в постоянное.

По сути, принцип проверки в этой ситуации остается таким же, как было описано выше. Единственной особенностью тут является определение, к какому выводу будет подключен измерительный прибор. Здесь имеется четыре варианта подключения, которые следует «прозвонить»:

выводы 1 – 2;
выводы 2 – 3;
выводы 1 – 4;
выводы 4 – 3;

При проверке диодов (обычного и Шоттки) с помощью мультиметра, вы получите определенный результат. Теперь нужно понять, что он может означать. К признакам, которые свидетельствуют в пользу исправности полупроводника, относятся следующие моменты:

При подключении детали электросхемы к прибору последний будет выдавать величину имеющегося прямого напряжения в этом элементе;
Разные типы диодов обладают различным уровнем напряжения, по которому они и отличаются. Например, для германиевых изделий этот параметр составит 0,3-0,7 вольт
При подключении обратным способом (щуп прибора к аноду изделия) будет регистрироваться ноль.

Проверив каждый выход, вы получите четыре результата. Полученные показатели следует оценивать по тому же принципу, что и для отдельного полупроводника.

Обратная проверка

Если эти два показателя соблюдаются, то полупроводник работает адекватно и причина поломки не в нем. А вот если хотя бы одни из параметров не соответствует, то элемент признается негодным и подлежит замене. Кроме этого следует учитывать, что возможна не поломка, а «утечка». Этот неприятный дефект может проявиться при длительной эксплуатации прибора или некачественной сборке.

При наличии короткого замыкания или утечки, полученное сопротивление будет довольно низким. Причем вывод необходимо делать, основываясь на виде полупроводника. Для германиевых элементов этот показатель в данной ситуации будет иметь диапазон от 100 килоом до 1 мегаом, для кремниевых — тысячи мегаом. Для выпрямительных полупроводников данный показатель будет в разы больше.

Как видим, своими силами не так уж и сложно провести оценку работоспособности полупроводников в любом электроприборе. Вышеописанный принцип подходит для проверки диодных элементов различных типов и видов. Главное в этой ситуации правильно подключить измерительный прибор к полупроводнику и проанализировать полученные результаты.

Два диода Шоттки.

Диагностика диодов Шоттки

Проверка и точная диагностика диодов Шоттки, на практике, является достаточно непростым делом, т. к. многое здесь определяется типом используемого измерительного прибора и опытом подобных измерений, хотя определить обычный пробой одного или двух диодов диодной сборки Шоттки не составляет особого труда. Для этого необходимо выпаять диодную сборку и проверить тестером оба диода согласно схеме на рис. 5. При подобной диагностике тестер необходимо установить в режим проверки диодов. Неисправный диод в обоих направлениях покажет одинаковое сопротивление (как правило, очень малое, т. е. покажет короткое замыкание), что и указывает на его непригодность для дальнейшего использования. Однако явные пробои диодных сборок в практике встречаются очень и очень редко.

В основном же, приходится иметь дело с утечками (причем зачастую с тепловыми утечками) диодов Шоттки. А вот утечки, выявить таким способом невозможно. «Утекающий» диод при проверках тестером в режиме «диод» является в подавляющем большинстве случаев полностью исправным. Гарантированную точность диагностики, на наш взгляд, позволяет дать только такой метод, как замена диода на заведомо исправный аналогичный прибор.

Но все-таки, выявить «подозрительный» диод можно попытаться с помощью методики, заключающейся в измерении сопротивления его обратного перехода. Для этого будем пользоваться не режимом проверки диодов, а обычным омметром.

Итак, устанавливаем предел измерений на значение и измеряем обратное сопротивление диода (рис. 6). Как показывает практика, исправные диоды на этом пределе измерений должны показывать бесконечно большое сопротивление.

Принцип работы диода Шоттки.

Если же при измерении выявляется некоторое, как правило, небольшое сопротивление (2–10 КОм), то такой диод можно считать «очень подозрительным» и его лучше заменить, или хотя бы проверить методом замены. Если же проводить проверку на пределе измерений , то даже исправные диоды могут показывать в обратном направлении очень небольшое сопротивление (единицы и десятки кОм), поэтому и рекомендуется использовать предел . Естественно, что на больших пределах измерений (2 Мом, 20 Мом и т. д.) даже абсолютно исправный диод оказывается полностью открытым, т. к. его p-n переходу прикладывается слишком высокое (для диодов Шоттки) обратное напряжение. На пределе можно проводить проверку сравнительным методом, т. е. брать гарантированно-исправный диод, измерять его обратное сопротивление и сравнивать с сопротивлением проверяемого диода. Значительные отличия в этих измерениях будут указывать на необходимость замены диодной сборки.

Будет интересно Принцип работы диода и сфера его применения

Иногда встречаются ситуации, когда выходит из строя только один из диодов сборки. В этом случае неисправность также легко выявляется методом сравнения обратного сопротивления двух диодов одной сборки. Диоды одной сборки должны иметь одинаковое сопротивление. Предложенную методику можно дополнить еще и проверкой на термическую устойчивость. Суть этой проверки заключается в следующем. В тот момент времени, когда проверяется сопротивление обратного перехода на пределе измерений (см. предыдущий абзац), необходимо коснуться разогретым паяльником контактов диодной сборки, обеспечивая тем самым прогрев ее кристалла.

Неисправная диодная сборка практически мгновенно начинает «плыть», т. е. ее обратное сопротивление начинает очень быстро уменьшаться, в то время как исправная диодная сборка достаточно долго удерживает обратное сопротивление на бесконечно большом значении. Эта проверка очень важна, т. к. при работе диодная сборка сильно нагревается (не зря же ее размещают на радиаторе) и вследствие нагрева изменяет свои характеристики. Рассмотренная методика обеспечивает проверку устойчивости характеристик диодов Шоттки к температурным колебаниям, ведь увеличение температуры корпуса до 100 или 125°C увеличивает значение обратного тока утечки в сто раз (см. данные табл. 1).

Вот так можно попытаться проверить диод Шоттки, однако предложенными методиками не стоит злоупотреблять, т. е. не следует проводить проверки на слишком большом пределе измерений сопротивления и слишком сильно разогревать диод, т. к. теоретически, все это может привести к повреждению диода.

Кроме того, из-за возможности отказа диодов Шоттки под действием температуры, необходимо строго соблюдать все рекомендуемые условия пайки (температурный режим и время пайки). Хотя надо отдать должное производителям диодов, так как многие из них добились того, что монтаж сборок можно осуществлять при высокой температуре 250 °C в течение 10 секунд.

Диод Шоттки отличается от обычных кремниевых диодов

Диод Шоттки делают из кремния (Si), арсенида галлия (GaAs) и редко — на основе германия (Ge). Металл в соединении с полупроводником определяет многие параметры диода. Этим металлом, может быть, золото (Au), ралладий (Pd), платина (Pt), вольфрам (W) которые наносятся на полупроводники.

А также как и обычный диод соединение полупроводник-металл обладает односторонней проводимостью с рядом положительных, а также отрицательных качеств.

Вольт-амперная характеристика диода шоттки

Вольт-амперная характеристика диода Шоттки отличается от обычного полупроводникового большей нелинейностью.

Что дает использование соединения металл-полупроводник? Два положительных момента:

Очень небольшое падение напряжения на прямом переходе — 0,2-0,4 В. Для кремниевого диода «среднее» значение этого параметра — 0,7 В. Правда, малое падение напряжения имеют только приборы с небольшим напряжением пробоя — до 100 В. Для более мощных это падение только чуть ниже, чем у кремниевых.
Высокое быстродействие. То есть, он быстро меняет своё состояние. Переход из открытого состояния в закрытое и обратно происходит за очень короткий промежуток времени и определяется только барьерной ёмкостью. Их применяют в системах коммутации, где важна скорость реакции.

Что такое диод Шоттки и как он обозначается на схеме

Есть у них и минусы. При повышении температуры у них значительно возрастает обратный ток.

Второй недостаток — при превышении максимально допустимого обратного напряжения происходит необратимый пробой. То есть, прибор выходит из строя. Есть и ещё один минус — малое падение прямого напряжения только у диодов Шоттки с малым напряжением пробоя (до сотни вольт). У вариантов с более высоким напряжением потери сравнимы с кремниевыми.

Конструкция

Отличается диод Шоттки от обыкновенных диодов своей конструкцией, в которой используется металл-полупроводник, а не p-n переход. Понятно, что свойства здесь разные, а значит, и характеристики тоже должны отличаться.

Действительно, металл-полупроводник обладает такими параметрами:

Имеет большое значение тока утечки;
Невысокое падение напряжения на переходе при прямом включении;
Восстанавливает заряд очень быстро, так как имеет низкое его значение.

Диод Шоттки изготавливается из таких материалов, как арсенид галлия, кремний; намного реже, но также может использоваться – германий. Выбор материала зависит от свойств, которые нужно получить, однако в любом случае максимальное обратное напряжение, на которое могут изготавливаться данные полупроводники, не выше 1200 вольт – это самые высоковольтные выпрямители. На практике же намного чаще их используют при более низком напряжении – 3, 5, 10 вольт.

На принципиальной схеме диод Шоттки обозначается таким образом:

Но иногда можно увидеть и такое обозначение:

Это означает сдвоенный элемент: два диода в одном корпусе с общим анодом или катодом, поэтому элемент имеет три вывода. В блоках питания используют такие конструкции с общим катодом, их удобно использовать в схемах выпрямителей. Часто на схемах рисуется маркировка обычного диода, но в описании указывается, что это Шоттки, поэтому нужно быть внимательными.

Диодные сборки с барьером Шоттки выпускаются трех типов:

1 тип – с общим катодом;

2 тип – с общим анодом;

3 тип – по схеме удвоения.

Такое соединение помогает увеличить надежность элемента: ведь находясь в одном корпусе, они имеют одинаковый температурный режим, что важно, если нужны мощные выпрямители, например, на 10 ампер. Для экономии на платежах за электроэнергию наши читатели советуют «Экономитель энергии Electricity Saving Box»

Ежемесячные платежи станут на 30-50% меньше, чем были до использования экономителя. Он убирает реактивную составляющую из сети, в результате чего снижается нагрузка и, как следствие, ток потребления. Электроприборы потребляют меньше электроэнергии, снижаются затраты на ее оплату

Для экономии на платежах за электроэнергию наши читатели советуют «Экономитель энергии Electricity Saving Box». Ежемесячные платежи станут на 30-50% меньше, чем были до использования экономителя. Он убирает реактивную составляющую из сети, в результате чего снижается нагрузка и, как следствие, ток потребления. Электроприборы потребляют меньше электроэнергии, снижаются затраты на ее оплату.

Но есть и минусы. Все дело в том, что малое падение напряжения (0,2–0,4 в) у таких диодов проявляется на небольших напряжениях, как правило – 50–60 вольт. При более высоком значении они ведут себя как обычные диоды. Зато по току эта схема показывает очень хорошие результаты, ведь часто бывает необходимо – особенно в силовых цепях, модулях питания – чтобы рабочий ток полупроводников был не ниже 10а.

Еще один главный недостаток: для этих приборов нельзя превышать обратный ток даже на мгновение. Они тут же выходят из строя, в то время как кремниевые диоды, если не была превышена их температура, восстанавливают свои свойства.

Но положительного все-таки больше. Кроме низкого падения напряжения, диод Шоттки имеет низкое значение емкости перехода. Как известно: ниже емкость – выше частота. Такой диод нашел применение в импульсных блоках питания, выпрямителях и других схемах, с частотами в несколько сотен килогерц.

ВАХ такого диода имеет несимметричный вид. Когда приложено прямое напряжение, видно, что ток растет по экспоненте, а при обратном – ток от напряжения не зависит.

Все это объясняется, если знать, что принцип работы этого полупроводника основан на движении основных носителей – электронов. По этой же самой причине эти приборы и являются такими быстродействующими: у них отсутствуют рекомбинационные процессы, свойственные приборам с p-n переходами. Для всех приборов, имеющих барьерную структуру, свойственна несимметричность ВАХ, ведь именно количеством носителей электрического заряда обусловлена зависимость тока от напряжения.

Строительство

1N5822 Диод Шоттки в разрезанной упаковке. Полупроводник в центре образует Барьер Шоттки против одного металлического электрода (обеспечивающего выпрямляющее действие) и омический контакт с другим электродом.

А переход металл – полупроводник образуется между металлом и полупроводником, создавая Барьер Шоттки (вместо переход полупроводник-полупроводник как в обычных диодах). Типичными используемыми металлами являются молибден, платина, хром или вольфрам, а также некоторые силициды (например., силицид палладия и силицид платины), тогда как полупроводник обычно представляет собой кремний n-типа. Металлическая сторона действует как анод, а полупроводник n-типа действует как катод диода; смысл обычный ток может течь со стороны металла на сторону полупроводника, но не в обратном направлении. Этот барьер Шоттки обеспечивает как очень быстрое переключение, так и низкое прямое падение напряжения.

Выбор комбинации металла и полупроводника определяет прямое напряжение диода. Полупроводники n- и p-типа могут создавать барьеры Шоттки. Однако р-тип обычно имеет гораздо более низкое прямое напряжение. Поскольку обратный ток утечки резко увеличивается с понижением прямого напряжения, он не может быть слишком низким, поэтому обычно используемый диапазон составляет около 0,5–0,7 В, а полупроводники p-типа используются лишь изредка. Силицид титана и другие тугоплавкие силициды, которые способны выдерживать температуры, необходимые для отжига истока / стока в процессах КМОП, обычно имеют слишком низкое прямое напряжение, чтобы их можно было использовать, поэтому в процессах с использованием этих силицидов обычно не используются диоды Шоттки.[требуется разъяснение]

С увеличением легирования полупроводника ширина обедненной области уменьшается. Ниже определенной ширины носители заряда могут туннелировать через обедненную область. При очень высоких уровнях легирования переход больше не ведет себя как выпрямитель и становится омическим контактом. Это может быть использовано для одновременного формирования омических контактов и диодов, поскольку между силицидом и слаболегированной областью n-типа образуется диод, а между силицидом и сильнолегированной областью n- или p-типа образуется омический контакт. . Слаболегированные области p-типа представляют проблему, поскольку полученный контакт имеет слишком высокое сопротивление для хорошего омического контакта, но слишком низкое прямое напряжение и слишком высокую обратную утечку, чтобы сделать хороший диод.

Поскольку края контакта Шоттки довольно острые, вокруг них возникает высокий градиент электрического поля, который ограничивает величину порога обратного напряжения пробоя. Используются различные стратегии, от защитных колец до перекрытий металлизации для распределения градиента поля. Защитные кольца занимают ценную площадь кристалла и используются в основном для больших высоковольтных диодов, в то время как перекрывающаяся металлизация используется в основном для низковольтных диодов меньшего размера.

Диоды Шоттки часто используются в качестве антинасыщающих клещей в Транзисторы Шоттки. Диоды Шоттки из силицида палладия (PdSi)[требуется разъяснение] превосходны благодаря более низкому прямому напряжению (которое должно быть ниже прямого напряжения перехода база-коллектор). Температурный коэффициент Шоттки ниже, чем коэффициент перехода B – C, что ограничивает использование PdSi при более высоких температурах.

Для силовых диодов Шоттки важными становятся паразитные сопротивления скрытого слоя n + и эпитаксиального слоя n-типа

Сопротивление эпитаксиального слоя более важно, чем для транзистора, поскольку ток должен проходить по всей его толщине. Однако он служит в качестве распределенного балластирующего резистора по всей площади перехода и, в обычных условиях, предотвращает локализованный тепловой разгон

По сравнению с силовыми p – n-диодами диоды Шоттки менее надежны. Переход находится в прямом контакте с термочувствительной металлизацией, поэтому диод Шоттки может рассеивать меньшую мощность, чем аналог p-n эквивалентного размера с глубоко скрытым переходом до выхода из строя (особенно во время обратного пробоя). Относительное преимущество более низкого прямого напряжения диодов Шоттки уменьшается при более высоких прямых токах, когда падение напряжения определяется последовательным сопротивлением.

Диоды Шоттки: описание, принцип работы, схема, основные параметры, применение, характеристики

В конце 30-х годов XX века немецкий физик Вальтер Шоттки обнаружил, что внешнее электрическое поле заставляет свободные электроны покидать зону проводимости и в буквальном смысле выходить из твёрдого тела. Данная квантовая зависимость впоследствии была названа именем её первооткрывателя и теперь известна, как эффект Шоттки.

Несмотря на то, что открытие германского учёного относится к области теоретической физики, оно находит применение в практической радиотехнике и лежит в основе функциональности таких радиокомпонентов, как диоды Шоттки. Их отличие от обычных электрических вентилей заключается в отсутствии классического полупроводникового p-n-перехода. Его роль играет контакт между полупроводником и металлом.

Металл и полупроводник: особенности контакта.

В контактной области полупроводниковых и металлических материалов эффект Шоттки приводит к образованию в полупроводнике слоя, сильно обеднённого электронами. Он обладает вентильными свойствами, присущими полупроводниковому p-n-переходу. Эта зона представляет собой преграду для носителей заряда, поэтому данные радиокомпоненты часто называют диодами с барьером Шоттки.

Элементы отличаются от обычных полупроводниковых вентилей следующими качествами:

пониженное падение напряжения при прямом смещении;
незначительная собственная ёмкость;
малый обратный ток;
низкое допустимое обратное напряжение.

При прямом смещении разность потенциалов на диоде Шоттки не превышает 0,5 В, тогда как на обычном выпрямительном вентиле падение напряжения составляет около 2-3 В. Это объясняется небольшим сопротивлением переходного участка между полупроводником и металлом.

Хорошие частотные характеристики диодов Шоттки обусловлены отсутствием в переходной зоне неосновных носителей заряда. Из-за этого в контактной области не протекают обычные для чисто полупроводникового p-n-перехода процессы диффузии и рекомбинации дырок и электронов. Следовательно, собственная ёмкость этого слоя стремится к нулю. Данное свойство делает диоды с барьером Шоттки предпочтительными для использования в высоко- и сверхвысокочастотных схемах, а также аппаратуре с импульсными режимами работы – всевозможных цифровых устройствах, системах управления электроникой и импульсных блоках питания.

Низковольтные диоды.

Особенность диодов Шоттки состоит в том, что они являются низковольтными. Если приложенная разность потенциалов превышает некоторый допустимый уровень, то в соответствии с квантовыми законами происходит пробой, который в обычном полупроводниковом радиокомпоненте может быть туннельным, лавинным или тепловым. После первых двух диод восстанавливается и продолжает исправно работать. Тепловой пробой означает фатальную поломку.

В диодах с барьером Шоттки пробой всегда бывает только тепловым. Такова особенность металло-полупроводникового перехода. При большом обратном смещении элемент выходит из строя и нуждается в замене. Этим, кстати, объясняется сильная чувствительность диодов Шоттки к статическому электричеству – при их монтаже и обслуживании радиоаппаратуры с этими элементами необходимо заземлять спецодежду и инструменты.

Однако чувствительность этих радиокомпонентов не всегда является их недостатком. Например, благодаря этой характеристике диоды с барьером Шоттки используются в особо чувствительных гетеродинах, которые получают способность обрабатывать радиосигналы очень малой мощности.

Основные параметры.

Максимальное постоянное обратное напряжение;
Максимальное импульсное обратное напряжение;
Максимальный (средний) прямой ток;
Максимальный импульсный прямой ток;
Постоянное прямое напряжение на диоде при заданном прямом токе через него;
Обратный ток диода при предельном обратном напряжении;
Максимальная рабочая частота диода;
Время обратного восстановления;
Общая емкость диода.

Производство диодов Шоттки.

В качестве полупроводниковой составляющей используются стандартные материалы – кремний, германий и арсенид галлия. На них в процессе изготовления радиокомпонентов напыляются такие металлы, как золото, серебро, палладий, вольфрам. Именно эти элементы таблицы Менделеева обеспечивают достаточно высокий потенциальный барьер, определяющий функциональность диодов Шоттки.

Германиевые радиокомпоненты показывают высокую устойчивость к изменению температурного режима, поэтому данный материал чаще кремния и арсенида галлия используется при производстве диодов для мощных схем питания. Зато кремниевые и галлиевые элементы демонстрируют лучшие частотные параметры.