Диод Шоттки

Диоды Шоттки обладают пониженным падением напряжения в открытом состоянии. Они реализованы на базе выпрямляющего перехода металл-полупроводник. Основным преимуществом диодов Шоттки является малое падение напряжения при протекании тока в прямом направлении и малое время восстановления сопротивления при подаче обратного напряжения.

Недостатки диодов Шоттки вытекают из их достоинств. Как это показано для теоретической вольтамперной характеристики p-n перехода, если прямая ветвь ВАХ характеризуется малым падением напряжения, то в её обратной ветви будет протекать значительный ток (обратный по отношению к желательному). Второй недостаток связан с тем, что при превышении обратным напряжением предельно допустимого значения, диод Шоттки сгорает. (В обычном полупроводниковом диоде, выполненном на p-n переходе, если рассеиваемая мощность в режиме пробоя не превысит предельное значение, то диод остаётся рабочим)

Для того, чтобы отличать диоды Шоттки от обычных полупроводниковых диодов, выполненных на p-n переходах, к условно-графическому обозначению полупроводникового диода добавляют две чёрточки, как это показано на рисунке 1.

Рисунок 1. Условно-графическое обозначение диода Шоттки

На этом рисунке буквой "а" обозначен анод, а буквой "к" — катод диода Шоттки. В схемах эти буквы обычно не проставляются.

Диоды Шоттки обычно реализуются на основе n-полупроводников. При этом чаще всего используется арсенид галлия (GaAs). Это обусловлено большей подвижностью электронов. В качестве металла для создания выпрямляющего перехода Шоттки применяется золото (Au). Схематическое устройство диода Шоттки приведено на рисунке 2.

Рисунок 2. Упрощённое устройство диода Шоттки

При этом n-область для уменьшения дефектов кристаллической решётки выращивается на подложке методом эпитаксии. Первоначально диоды Шоттки получили распространение как высокочастотные диоды в амплитудных детекторах, смесителях и умножителях сигналов. В этих устройствах диоды Шоттки оказались эффективны благодаря малой ёмкости перехода и отсутствию эффекта накопления носителей заряда в базовой области.

В первых образцах диодов Шоттки не удавалось получить большое обратное напряжение. Сейчас предельное обратное напряжение диода Шоттки удаётся увеличить введением охранного кольца из p⁺-полупроводника. Упрощённое устройство высоковольтного диода Шоттки приведено на рисунке 3.

Рисунок 3. Схематическое устройство высоковольного диода Шоттки

В настоящее время большинство выпрямительных диодов реализуется в виде диодов Шоттки. Уменьшение обратного тока достигается применением арсенида галлия GaAs и карбида кремния SiC. Из-за того, что приходится анализировать одновременно и области малого тока и большого, вольтамперная характеристика приводится в логарифмическом масштабе. Пример вольтамперной характеристики диода Шоттки приведен на рисунке 4.

Рисунок 4. Вольтамперная характеристика диода Шоттки 10BQ040

На этой характеристике отчетливо видно основное преимущество диода Шоттки — малое падение напряжения. Однако это преимущество проявляется на относительно небольших токах. При прямом токе порядка 100 мА падение напряжения составляет 0,2 В, но уже при токе 4 А падение напряжения возрастает до 1 В. И всё равно это напряжение значительно меньше падения напряжения на обычном p-n переходе.

Диоды Шоттки, выполненные на карбиде кремния SiC выдерживают обратное напряжение до 1200 В при токе до 5 А. В качестве примера можно привести диод CSD05120 фирмы Cree, Inc. Этот диод Шоттки можно приобрести здесь.

Наибольшую известность получили диоды Шоттки в цифровой технике. Благодаря подключению этих диодов параллельно коллекторному переходу биполярных транзисторов в транзисторно-транзисторной логике удалось избежать накопления зарядов в базе этих транзисторов в режиме ограничения, и, тем самым, значительно увеличить быстродействие ТТЛ микросхем. Схема подключения диода Шоттки в биполярном транзисторе приведена на рисунке 5.

Рисунок 5. Схема подключения диода Шоттки в биполярном транзисторе для устранения накопления зарядов в его базе

Дата последнего обновления файла 16.07.2022

1. Электронные, квантовые приборы и микроэлектроника. Под редакцией Федорова Н. Д. - М.: Радио и связь, 1998. -560 с.
2. Электронные приборы. Под редакцией Шишкина Г.Г. -М.: Энергоатомиздат, 1989.-496 с.
3. Батушев В. А. Электронные приборы. -М.: Высшая школа, 1980. -383 с.
4. Савиных В. Л. Физические основы электроники. Учебное пособие. — Новосибирск.: СибГУТИ, 2003. — 77 с.
5. Диоды серий Д и ДЛ url:https://electro.mashinform.ru/diody/diody-serij-d-i-dl-obj2083.html
6. Диоды 10bq40 справочные данные
7. Диоды BAV99 справочные данные

Об авторе:
к.т.н., доц., Александр Владимирович Микушин

Кандидат технических наук, доцент кафедры САПР СибГУТИ. Выпускник факультета радиосвязи и радиовещания (1982) Новосибирского электротехнического института связи (НЭИС).

А.В.Микушин длительное время проработал ведущим инженером в научно исследовательском секторе НЭИС, конструкторско технологическом центре "Сигнал", Научно производственной фирме "Булат". В процессе этой деятельности он внёс вклад в разработку систем радионавигации, радиосвязи и транкинговой связи.

Научные исследования внедрены в аппаратуре радинавигационной системы Loran-C, комплексов мобильной и транкинговой связи "Сигнал-201", авиационной системы передачи данных "Орлан-СТД", отечественном развитии системы SmarTrunkII и радиостанций специального назначения.

А.В.Микушин является автором 130 научных и научно-методических работ, в том числе 21 монография и 26 учебников и учебных пособий.