షాట్కీ డయోడ్లు - పని, లక్షణాలు, అప్లికేషన్

షాట్కీ బారియర్ డయోడ్లు సెమీకండక్టర్ డయోడ్లు, ఇవి కనీస ఫార్వర్డ్ వోల్టేజ్ మరియు ఫాస్ట్ స్విచింగ్ వేగంతో రూపొందించబడ్డాయి, ఇవి 10 ఎన్ఎస్ కంటే తక్కువగా ఉండవచ్చు. ఇవి ప్రస్తుత శ్రేణుల 500 mA నుండి 5 ఆంప్స్ మరియు 40 V వరకు తయారు చేయబడతాయి. ఈ లక్షణాల కారణంగా అవి తక్కువ వోల్టేజ్, SMPS వంటి అధిక ఫ్రీక్వెన్సీ అనువర్తనాలు మరియు సమర్థవంతమైన ఫ్రీవీలింగ్ డయోడ్లలో ప్రత్యేకంగా సరిపోతాయి.

పరికరం యొక్క చిహ్నం క్రింది చిత్రంలో చూపబడింది:

సౌజన్యం: https://en.wikipedia.org/wiki/Schottky_diode

అంతర్గత నిర్మాణం

సాంప్రదాయ పి-ఎన్ జంక్షన్ డయోడ్‌లతో పోలిస్తే షాట్కీ డయోడ్‌లు భిన్నంగా నిర్మించబడతాయి. P-n జంక్షన్‌కు బదులుగా అవి a ను ఉపయోగించి నిర్మించబడతాయి మెటల్ సెమీకండక్టర్ జంక్షన్ క్రింద చూపిన విధంగా.

సెమీకండక్టర్ విభాగం ఎక్కువగా n- రకం సిలికాన్ ఉపయోగించి నిర్మించబడింది మరియు ప్లాటినం, టంగ్స్టన్, మాలిబ్డినం, క్రోమ్ వంటి విభిన్న పదార్థాలతో కూడా నిర్మించబడింది. డయోడ్ ఏ పదార్థాన్ని ఉపయోగిస్తుందో దానిపై ఆధారపడి విభిన్న లక్షణాలను కలిగి ఉండవచ్చు, వాటిని మెరుగుపరచడానికి వీలు కల్పిస్తుంది మారే వేగం, తక్కువ ఫార్వర్డ్ వోల్టేజ్ డ్రాప్ మొదలైనవి.

అది ఎలా పని చేస్తుంది

షాట్కీ డయోడ్లలో ఎలక్ట్రాన్లు సెమీకండక్టర్ పదార్థంలో మెజారిటీ క్యారియర్‌గా మారతాయి, లోహంలో చాలా చిన్న మైనారిటీ క్యారియర్‌లను (రంధ్రాలు) ప్రదర్శిస్తాయి. రెండు పదార్థాలు అనుసంధానించబడినప్పుడు, సిలికాన్ సెమీకండక్టర్‌లో ఉన్న ఎలక్ట్రాన్లు అనుసంధానించబడిన లోహం వైపు వేగంగా ప్రవహించడం ప్రారంభిస్తాయి, ఫలితంగా మెజారిటీ క్యారియర్‌ల భారీ బదిలీ జరుగుతుంది. లోహం కంటే వాటి పెరిగిన గతి శక్తి కారణంగా, వాటిని సాధారణంగా 'హాట్ క్యారియర్స్' అని పిలుస్తారు.

సాధారణ p-n జంక్షన్ డయోడ్లు మైనారిటీ క్యారియర్లు వేరే ప్రక్కనే ఉన్న ధ్రువణతలలో ఇంజెక్ట్ చేయబడతాయి. షాట్కీ డయోడ్లలో ఎలక్ట్రాన్లు ఒకే ధ్రువణతతో ప్రాంతాలలో ఇంజెక్ట్ చేయబడతాయి.

లోహం వైపు ఎలక్ట్రాన్ల యొక్క భారీ ప్రవాహం జంక్షన్ ఉపరితలానికి దగ్గరగా ఉన్న ప్రదేశంలో సిలికాన్ పదార్థం కోసం క్యారియర్‌లను భారీగా కోల్పోతుంది, ఇది ఇతర డయోడ్‌ల యొక్క p-n జంక్షన్ యొక్క క్షీణత ప్రాంతాన్ని పోలి ఉంటుంది. లోహంలోని అదనపు వాహకాలు లోహం మరియు సెమీకండక్టర్ మధ్య లోహంలో 'ప్రతికూల గోడ'ను సృష్టిస్తాయి, ఇది ప్రస్తుత ప్రవాహాన్ని మరింత అడ్డుకుంటుంది. షాట్కీ డయోడ్ల లోపల సిలికాన్ సెమీకండక్టర్ వద్ద ప్రతికూలంగా చార్జ్ చేయబడిన ఎలక్ట్రాన్ల అర్థం, లోహ ఉపరితలం వద్ద ప్రతికూల గోడతో పాటు క్యారియర్ లేని ప్రాంతాన్ని సులభతరం చేస్తుంది.

క్రింద చూపిన బొమ్మను ప్రస్తావిస్తూ, మొదటి క్వాడ్రంట్‌లో ఫార్వర్డ్ బయాస్ కరెంట్‌ను వర్తింపజేయడం వల్ల ఈ ప్రాంతంలోని ఎలక్ట్రాన్ల నుండి సానుకూల ఆకర్షణ కారణంగా ప్రతికూల అవరోధం యొక్క శక్తి తగ్గుతుంది. ఇది సరిహద్దు అంతటా భారీ మొత్తంలో ఎలక్ట్రాన్ల తిరిగి ప్రవాహానికి దారితీస్తుంది. ఈ ఎలక్ట్రాన్ల పరిమాణం పక్షపాతం కోసం వర్తించే సంభావ్యతపై ఆధారపడి ఉంటుంది.

సాధారణ డయోడ్లు మరియు షాట్కీ డయోడ్ల మధ్య వ్యత్యాసం

సాధారణ p-n జంక్షన్ డయోడ్‌లతో పోలిస్తే, షాట్కీ డయోడ్‌లలోని అవరోధం జంక్షన్ ముందుకు మరియు రివర్స్ బయాస్ ప్రాంతాలలో తక్కువగా ఉంటుంది.

ఇది షాట్కీ డయోడ్‌లు ఫార్వర్డ్ మరియు రివర్స్ బయాస్ ప్రాంతాలలో ఒకే స్థాయి బయాస్ సంభావ్యత కోసం మెరుగైన ప్రస్తుత ప్రసరణను కలిగి ఉండటానికి అనుమతిస్తుంది. రివర్స్ బయాస్ ప్రాంతానికి చెడ్డది అయినప్పటికీ, ఫార్వర్డ్ బయాస్ ప్రాంతంలో ఇది మంచి లక్షణంగా కనిపిస్తుంది.

ఫార్వర్డ్- మరియు రివర్స్-బయాస్ ప్రాంతాలకు సెమీకండక్టర్ డయోడ్ యొక్క సాధారణ లక్షణాల నిర్వచనం సమీకరణం ద్వారా సూచించబడుతుంది:

నేను _డి = నేను _ఎస్ (ఉంది ^{kVd / Tk} -1)

ఇక్కడ Is = రివర్స్ సంతృప్త ప్రవాహం
k = 11,600 / German జెర్మేనియం పదార్థానికి η = 1 మరియు సిలికాన్ పదార్థానికి η = 2

అదే సమీకరణం క్రింది చిత్రంలో షాట్కీ డయోడ్లలో కరెంట్ యొక్క ఘాతాంక పెరుగుదలను వివరిస్తుంది, అయితే కారకం η డయోడ్ యొక్క నిర్మాణ రకాన్ని బట్టి నిర్ణయించబడుతుంది.

రివర్స్-బయాస్ ప్రాంతంలో, ప్రస్తుత ఉంది సెమీకండక్టర్ పదార్థంలోకి ప్రయాణించే లోహ ఎలక్ట్రాన్ల కారణంగా ఇది ప్రధానంగా ఉంటుంది.

ఉష్ణోగ్రత లక్షణాలు

షాట్కీ డయోడ్ల కోసం, 100 ° C కంటే ఎక్కువ ఉష్ణోగ్రతల వద్ద దాని గణనీయమైన లీకేజ్ ప్రవాహాలను ఎలా తగ్గించాలో నిరంతరం పరిశోధించబడుతున్న ప్రాథమిక అంశాలలో ఒకటి.

ఇది 65 నుండి + 150 between C మధ్య తీవ్రమైన ఉష్ణోగ్రతలలో కూడా సమర్థవంతంగా పనిచేయగల మెరుగైన మరియు మెరుగైన పరికరాల ఉత్పత్తికి దారితీసింది.

సాధారణ గది ఉష్ణోగ్రతలలో, ఈ లీకేజ్ తక్కువ శక్తి షాట్కీ డయోడ్‌ల కోసం మైక్రోఅంపేర్‌ల పరిధిలో ఉంటుంది మరియు అధిక శక్తి పరికరాల కోసం మిల్లియంపియర్స్ పరిధిలో ఉంటుంది.

ఏదేమైనా, అదే శక్తి స్పెసిఫికేషన్ల వద్ద సాధారణ p-n డయోడ్‌లతో పోల్చినప్పుడు ఈ గణాంకాలు పెద్దవి. అలాగే, ది పిఐవి రేటింగ్ షాట్కీ డయోడ్లు మా సాంప్రదాయ డయోడ్ల కంటే చాలా తక్కువగా ఉంటాయి.

ఉదాహరణకు, సాధారణంగా 50 amp పరికరం 50 V యొక్క PIV రేటింగ్ కలిగి ఉండవచ్చు, అయితే ఇది సాధారణ 50 amp డయోడ్‌కు 150 V వరకు ఉండవచ్చు. ఇటీవలి పురోగతులు షాట్కీ డయోడ్‌లను 100 V కంటే ఎక్కువ PIV రేటింగ్‌తో సారూప్య ఆంపిరేజ్ విలువలతో ప్రారంభించాయి.

షాట్కీ డయోడ్లు క్రిస్టల్ డయోడ్ (పాయింట్ కాంటాక్ట్ డయోడ్) కన్నా మెరుగైన లక్షణాలతో దాదాపుగా ఆదర్శవంతమైన లక్షణాలతో ఆపాదించబడిందని పై గ్రాఫికల్ ప్రాతినిధ్యం నుండి ఇది స్పష్టంగా తెలుస్తుంది. పాయింట్ కాంటాక్ట్ డయోడ్ యొక్క ఫార్వర్డ్ డ్రాప్ సాధారణంగా సాధారణ p-n జంక్షన్ డయోడ్ల కంటే తక్కువగా ఉంటుంది.

షాట్కీ డయోడ్ యొక్క VT లేదా ఫార్వర్డ్ వోల్టేజ్ డ్రాప్ చాలా వరకు లోపలి లోహం ద్వారా నిర్ణయించబడుతుంది. ఉష్ణోగ్రత ప్రభావం మరియు VT స్థాయి మధ్య ట్రేడ్-ఆఫ్ ఉంటుంది. ఈ పారామితులలో ఒకటి పెరిగితే మరొకటి పరికరం యొక్క సామర్థ్య స్థాయిని దిగజారుస్తుంది. ఇంకా, VT కూడా ప్రస్తుత పరిధిపై ఆధారపడి ఉంటుంది, తక్కువ అనుమతించదగిన విలువలు VT యొక్క తక్కువ విలువలను నిర్ధారిస్తాయి. సుమారు తక్కువ మూల్యాంకనంలో, ఇచ్చిన తక్కువ స్థాయి యూనిట్లకు VT ఫార్వర్డ్ డ్రాప్ తప్పనిసరిగా సున్నాకి తగ్గుతుంది. మధ్య మరియు అధిక ప్రస్తుత శ్రేణుల కోసం, ఫార్వర్డ్ డ్రాప్ విలువలు 0.2 V చుట్టూ ఉండవచ్చు మరియు ఇది చక్కటి ప్రతినిధి విలువగా కనిపిస్తుంది.

ప్రస్తుతానికి అందుబాటులో ఉన్న గరిష్ట శ్రేణి షాట్కీ డయోడ్ 75 ఆంప్స్, అయితే 100 ఆంప్స్ కూడా త్వరలో హోరిజోన్లో ఉండవచ్చు.

షాట్కీ డయోడ్ అప్లికేషన్

షాట్కీ డయోడ్ల యొక్క ప్రధాన అనువర్తన ప్రాంతం విద్యుత్ సరఫరా లేదా SMPS ను మార్చడం, ఇవి 20 kHz కంటే ఎక్కువ పౌన encies పున్యాలతో పనిచేయడానికి ఉద్దేశించబడ్డాయి.

సాధారణంగా, గది ఉష్ణోగ్రత వద్ద 50 ఆంపి షాట్కీ డయోడ్‌ను 0.6 V యొక్క ఫార్వర్డ్ వోల్టేజ్‌తో రేట్ చేయవచ్చు మరియు 10 ns రికవరీ సమయం, ప్రత్యేకంగా SMPS అప్లికేషన్ కోసం రూపొందించబడింది. మరోవైపు, ఒక సాధారణ p-n జంక్షన్ డయోడ్ అదే ప్రస్తుత స్పెక్ వద్ద 1.1 V యొక్క ఫార్వర్డ్ డ్రాప్ మరియు 30 నుండి 50 ns వరకు రికవరీ టోమ్‌ను ప్రదర్శిస్తుంది.

పై ఫార్వర్డ్ వోల్టేజ్ వ్యత్యాసం చాలా చిన్నదిగా మీరు కనుగొనవచ్చు, అయితే ఈ రెండింటి మధ్య శక్తి వెదజల్లే స్థాయిని పరిశీలిస్తే: పి (హాట్ క్యారియర్) = 0.6 x 50 = 30 వాట్స్, మరియు పి (పిఎన్) = 1.1 x 50 = 55 వాట్స్, ఇది చాలా కొలవగల వ్యత్యాసం, ఇది SMPS యొక్క సామర్థ్యాన్ని విమర్శనాత్మకంగా హాని చేస్తుంది.

రివర్స్ బయాస్ ప్రాంతంలో, షాట్కీ డయోడ్‌లో వెదజల్లడం కొంచెం ఎక్కువగా ఉండవచ్చు, అయినప్పటికీ నెట్-ఫార్వర్డ్ మరియు రివర్స్ బయాస్ వెదజల్లడం p-n జంక్షన్ డయోడ్ కంటే మెరుగ్గా ఉంటుంది.

రికవరీ సమయం రివర్స్ చేయండి

సాధారణ p-n సెమీకండక్టర్ డయోడ్‌లో, ఇంజెక్ట్ చేయబడిన మైనారిటీ క్యారియర్‌ల కారణంగా రివర్స్ రికవరీ సమయం (trr) ఎక్కువగా ఉంటుంది.

చాలా తక్కువ మైనారిటీ క్యారియర్‌ల కారణంగా షాట్కీ డయోడ్‌లలో, రివర్స్ రికవరీ సమయం గణనీయంగా తక్కువగా ఉంటుంది. అందువల్ల షాట్కీ డయోడ్లు 20 GHz పౌన encies పున్యాల వద్ద కూడా చాలా సమర్థవంతంగా పనిచేయగలవు, దీనికి పరికరాలు చాలా వేగంగా మారాలి.

దీని కంటే ఎక్కువ పౌన encies పున్యాల కోసం, చాలా చిన్న జంక్షన్ ప్రాంతం లేదా పాయింట్ జంక్షన్ ప్రాంతం కారణంగా పాయింట్-కాంటాక్ట్ డయోడ్ లేదా క్రిస్టల్ డయోడ్ ఇప్పటికీ ఉపయోగించబడుతోంది.

షాట్కీ డయోడ్లు సమానమైన సర్క్యూట్

తరువాతి బొమ్మ విలక్షణ విలువలతో షాట్కీ డయోడ్ యొక్క సమానమైన సర్క్యూట్‌ను వర్ణిస్తుంది. ప్రక్కనే ఉన్న చిహ్నం పరికరం యొక్క ప్రామాణిక చిహ్నం.

ఇండక్టెన్స్ Lp మరియు కెపాసిటెన్స్ Cp ప్యాకేజీలో పేర్కొన్న విలువలు, rB అనేది కాంటాక్ట్ రెసిస్టెన్స్ మరియు బల్క్ రెసిస్టెన్స్‌తో కూడిన సిరీస్ రెసిస్టెన్స్.

మునుపటి పేరాల్లో చర్చించిన లెక్కల ప్రకారం రెసిస్టెన్స్ rd మరియు కెపాసిటెన్స్ Cj యొక్క విలువలు.

షాట్కీ డయోడ్ స్పెసిఫికేషన్ చార్ట్

దిగువ చార్ట్ మోటరోలా సెమీకండక్టర్ ప్రొడక్ట్స్ తయారుచేసిన హాట్-క్యారియర్ రెక్టిఫైయర్ల జాబితాను వాటి స్పెసిఫికేషన్లు మరియు పిన్అవుట్ వివరాలతో అందిస్తుంది.