¿Qué es un diodo Schottky?

Los diodos semiconductores ordinarios son una unión de material semiconductor N y P. Resulta que puedes hacer un diodo a partir de lo que es la mitad de una unión de semiconductores.

Los diodos Schottky son una unión con un lado de un semiconductor P o N, pero el otro lado es solo metal. El resultado sigue funcionando como un diodo, pero tiene las siguientes diferencias en relación con el diseño del circuito:

1. La caída hacia adelante es aproximadamente la mitad. Esto es muy útil en aplicaciones de alta corriente ya que el diodo disipará menos energía. También ayuda con la eficiencia en la conmutación de aplicaciones de fuente de alimentación.

2. La fuga inversa es significativamente mayor, especialmente a altas temperaturas. Esto es algo que debe tener en cuenta y diseñar en consecuencia. Eche un vistazo a la hoja de datos de un diodo Schottky ordinario, como 1N5818. Es posible que se sorprenda de cuánto puede filtrarse hacia atrás, especialmente a altas temperaturas.

3. El tiempo de recuperación inversa es mucho más rápido, esencialmente instantáneo para la mayoría de las aplicaciones. Esto es muy útil para cambiar las fuentes de alimentación que funcionan en modo continuo. En ese caso, hay corriente directa a través del diodo cuando se enciende el interruptor, polarizando inversamente el diodo. Los diodos de silicio pueden ser un problema en esta aplicación porque durante los primeros 10 o 100 ns, el interruptor está esencialmente cortocircuitado por el diodo que sigue conduciendo aunque tenga polarización inversa. Esto genera ineficiencia y mucho estrés tanto en el interruptor como en el diodo.

4. Los diodos Schottky no están disponibles con voltajes inversos tan altos como los diodos de silicio. Por encima de aproximadamente 100 V, se vuelven difíciles de encontrar o costosos cuando lo hace.

Estos son como diodos pero solo con un metal y un material dopado con N en lugar de una unión PN.

Son muy útiles para circuitos de computadora de alta velocidad, conmutación rápida. Comúnmente utilizado para el diseño de rectificadores.

Otro uso común de ellos es para la sujeción de voltaje porque tiene una inclinación más pronunciada que la de un diodo ordinario.

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El tipo más común de diodos (diodos de unión PN de silicio dopado ) tienen una caída de tensión mínima, para superar el potencial de unión, es decir, el pozo de energía, para la conducción de portadores. Para el silicio, esto es aproximadamente 0,6-0,65 voltios y depende de la temperatura.

Para ciertas aplicaciones, esa caída de diodo de ~0,65 voltios es inaceptable. Las razones incluyen:

• La energía desperdiciada en el diodo es una función de la corriente a través de él y el voltaje de unión en esa corriente, es decir P = V x I. Por lo tanto, el calor generado es proporcional a este voltaje.
• Uno de los factores ( no el único ) de la velocidad de conmutación del diodo es la barrera de tensión que debe superarse para que se produzca la conducción. Por lo tanto, reducir este voltaje sería una forma de acelerar el rendimiento de la conmutación de diodos.

Entonces, lógicamente, una respuesta simple debería ser usar algún otro semiconductor en lugar de Si... y esto funciona con algunas limitaciones: una alternativa para aplicaciones de bajo voltaje ha sido tradicionalmente el diodo de unión pn de germanio: su potencial de unión es de aproximadamente 0,15 voltios, mucho más pequeño que los ~0,65 voltios anteriores. Sin embargo, los diodos Ge están desapareciendo en gran medida debido a problemas en los que pierden ante los diodos de silicio: por ejemplo, alta corriente de fuga inversa, baja capacidad de corriente directa, bajo voltaje de bloqueo inverso y patética estabilidad térmica.

El diodo Schottky se encuentra en algún lugar entre los diodos Si y Ge en parámetros, pero es significativamente diferente en la forma en que opera: la función de rectificación ocurre entre un semiconductor dopado, casi siempre de tipo n, y un metal que forma una " barrera Schottky " para el semiconductor. . Tenga en cuenta que el tipo de dopante complementario (p <--> n según sea el caso) está ausente en los diodos Schottky.

El voltaje del pozo de energía en el caso de la barrera de metal-semiconductor depende de qué combinación de semiconductor y metal se use para formar el diodo, y normalmente es mucho más bajo que el de un diodo de unión pn (la mitad del voltaje, como lo señaló Olin en su respuesta).

La otra gran ventaja es que el tiempo de recuperación inversa de una barrera de Schottky es bastante infinitesimal, en comparación con el diodo de unión pn relativamente lento. Ese es el secreto de bit para aplicaciones de conmutación/rectificación de alta velocidad.

La desventaja de los diodos Schottky es que la corriente de fuga inversa está vinculada al voltaje de barrera alcanzado y aumenta drásticamente con la disminución de este potencial de unión. Por lo tanto, si bien son posibles potenciales de unión muy bajos, para fines de rectificación, un voltaje demasiado bajo no es bueno.

Ahora, bajando a las preguntas:

• Los diodos Schottky se usan en circuitos donde un potencial de unión bajo es esencial y la fuga inversa no es un factor decisivo.
• Los diodos Schottky de pequeña señal, alta velocidad de conmutación y potencia tienen sus usos en el diseño electrónico: es decir, tanto para aplicaciones de bajo voltaje donde una baja caída de diodo y una recuperación rápida son importantes, como para aplicaciones de alta corriente donde la baja caída de diodo da como resultado menos energía desperdiciada como calor. por ejemplo, mi diodo Schottky de potencia favorito, el Vishay 95sq015 , tiene un voltaje directo de solo 0,25 voltios a una corriente de 9 amperios.
• Una aplicación clave relativamente reciente de los diodos Schottky es la conmutación de alta temperatura, donde los diodos Schottky de carburo de silicio , por ejemplo, 1N8032 , proporcionan voltajes de bloqueo inverso muy altos (típicos > 600 V), sin carga de recuperación inversa y operación nominal de hasta 200 a 250 ^o C. Si bien la ventaja del voltaje directo bajo se pierde en estos diodos, la velocidad de conmutación debido a la recuperación inversa cero, junto con la operación a temperaturas increíblemente altas, hace que este tipo de Schottky sea excepcionalmente invaluable en tales aplicaciones.