امروز، نوع خاصی از دیود به نام دیود شاتکی را مورد بحث قرار خواهیم داد. این دیود توسط فیزیکدان آلمانی Walter H. Schottky طراحی شده است، بنابراین به نام او نامگذاری شده است، بنابراین Schottky نامیده می شود.
این دیود بیشتر در مدارهای فرکانس رادیویی (RF) و یا در منابع تغذیه استفاده می شود. پس بیایید با اصول دیود شاتکی شروع کنیم:
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
دیود شاتکی
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
دیود شاتکی (همچنین به نام دیود سدی شاتکی یا دیودهای حامل داغ) کشف شده توسط فیزیکدان آلمانی والتر اچ. شاتکی، نوع خاصی از دیود است که در آن لایه P (از اتصال PN) با لایه فلزی (یعنی آلومینیوم، تنگستن، مولیبدن، پلاتین، کروم و غیره)، در حالی که لایه N از سیلیکون است (نیمه رسانا - مانند دیود معمولی).
همانطور که قبلا بحث کردیم، اتصال PN یک دیود معمولی از یک نیمه هادی نوع P و مواد نیمه هادی نوع N تشکیل شده است، در حالی که دیود شاتکی دارای یک فلز در یک طرف اتصال و یک نیمه هادی نوع N در سمت دیگر است.
در شکل بالا می بینید، به جای ناحیه P-Type یک ناحیه فلزی داریم، بنابراین می توان گفت محل اتصال دیود شاتکی نتیجه دوپینگ فلز و نیمه هادی (سیلیکون) است.
این اتصال فلز به سیلیکون یک مانع بالقوه 0.15-0.3V ایجاد می کند که برای یک دیود ساده 0.7V است.
در دیود شاتکی، تعداد الکترون‌ها بیشتر از تعداد حفره‌ها است و بنابراین الکترون‌ها تنها مسئول جریان جریان هستند و بنابراین تک قطبی نامیده می‌شود، در حالی که در یک دیود معمولی، هر دو حفره و الکترون به یک اندازه مسئول جریان جریان هستند. و بنابراین به عنوان دو قطبی نامیده می شود.
نماد دیود شاتکی کمی متفاوت از دیود معمولی است، زیرا در هر دو طرف میله مستقیم خمیدگی جزئی دارد.
نمونه هایی از دیودهای شاتکی BAT49 و 1N5711 هستند که توسط ST Microelectronics ساخته شده اند.
دیود شاتکی به جای اتصال ساده PN دارای یک اتصال فلز به سیلیکون است که مزایای زیادی نسبت به یک دیود ساده دارد.
مانع بالقوه یک دیود ساده PN برای سیلیکون 0.7 ولت است که آن را برای سیگنال های کوچک مانند مدارهای فرکانس رادیویی بی فایده می کند.
از سوی دیگر، اتصال فلز به سیلیکون یک مانع بالقوه در حدود 0.15-0.3 ولت ایجاد می کند که آن را برای سیگنال های کم ارزش ایده آل می کند.
مانع بالقوه یک دیود شاتکی به فلز مورد استفاده و میزان دوپینگ در ناحیه N-Type بستگی دارد.
به دلیل مصرف ولتاژ پایین، نرخ پاسخ آن بالا است و بنابراین در برنامه های سوئیچینگ سریع استفاده می شود.
اگر دوپینگ یک نیمه هادی را افزایش دهیم، عرض ناحیه تخلیه را کاهش می دهد و در نتیجه سد پتانسیل را کاهش می دهد.
******************** سد شاتکی (Schottky Barrier) ********************
ناحیه تخلیه ایجاد شده پس از دوپینگ فلز و نیمه هادی (مانند دیود شاتکی) سد شاتکی نامیده می شود.
به عبارت ساده، سد شاتکی حداقل انرژی پتانسیل مورد نیاز برای عبور الکترون ها از سد است.
یک بار P.E. الکترون‌ها از حد معینی فراتر می‌روند (بسته به دوپینگ)، آنها بر سد شاتکی غلبه می‌کنند و شروع به جریان در سراسر دیود شاتکی می‌کنند.
عرض مانع شاتکی در مقایسه با ناحیه تخلیه در یک دیود معمولی بسیار کوچکتر است.
برای غلبه بر سد شاتکی معمولاً 0.15 ولت تا 0.3 ولت طول می کشد، در حالی که برای مناطق تخلیه معمولی، 0.6 ولت تا 0.7 ولت طول می کشد.
2 نوع دیگر از موانع شاتکی وجود دارد:
یکسوکنندگی سد شاتکی
سد شاتکی غیر یکسوکننده
******************** باند انرژی دیود شاتکی ********************
سطح انرژی پتانسیل الکترون های خارج از ماده به عنوان سطح خلاء شناخته می شود.
مقدار انرژی لازم برای حرکت الکترون ها از سطح فرمی به سطح خلاء به عنوان تابع کار شناخته می شود.
مقدار این انرژی (تابع کاری) برای فلزات و نیمه هادی ها متفاوت است.
بنابراین الکترون های نیمه هادی های نوع N دارای مقدار P.E بیشتری نسبت به الکترون های فلزات هستند.
بیایید نمودار باند انرژی دیود شاتکی را ببینیم:
******************** منحنی مشخصات دیود شاتکی ********************
حالا بیایید مشخصات ولتاژ و جریان دیود شاتکی را مورد بحث قرار دهیم.
افت ولتاژ رو به جلو پایینی دارد به همین دلیل منحنی مشخصه آن در مقایسه با دیودهای معمولی به محورهای جریان نزدیک است.
هنگامی که ولتاژ اعمال شده به دیود شاتکی از 0.15-0.3 ولت بیشتر شود، دیود بایاس رو به جلو می شود.
دیود شاتکی در مقایسه با دیود معمولی دارای ولتاژ خرابی معکوس پایینی است و اگر از این حد فراتر رود، ممکن است به قطعه آسیب دائمی وارد کند.
در شکل زیر تفاوت دیود شاتکی و دیود معمولی را مشاهده می کنید:
مزایای دیود شاتکی
افت ولتاژ در حالت بایاس مستقیم کم دارد.
زمان پاسخگویی سریع دارد.
زمان بازیابی سریع دارد، بنابراین بسیار کارآمد است.
چگالی جریان بالایی دارد و بنابراین می تواند جریان بالا را در ولتاژهای پایین تحمل کند.
معایب دیود شاتکی
جریان اشباع معکوس بالایی دارد.
کاربردهای دیود شاتکی
در وسایل فرکانس رادیویی استفاده می شود.
در مدارهای Logic Gates استفاده می شود.
در طراحی یکسو کننده ها استفاده می شود.
برای کنترل جریان معکوس در منابع تغذیه استفاده می شود.
دیدگاه خود را بنویسید