ショットキーバリアダイオードは、最小の順方向電圧と10ns程度の高速スイッチング速度で設計された半導体ダイオードです。これらは、500 mA〜5アンペアおよび最大40 Vの電流範囲で製造されます。これらの機能により、SMPSなどの低電圧、高周波アプリケーション、および効率的なフリーホイールダイオードとして特に適しています。

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デバイスの記号を次の画像に示します。

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

内部構造

ショットキーダイオードは、従来のp-n接合ダイオードとは構造が異なります。 p-n接合の代わりに、 金属半導体接合 以下に示すように。

半導体セクションは主にn型シリコンを使用して構築されており、プラチナ、タングステン、モリブデン、クロムなどのさまざまな材料が多数使用されています。ダイオードは、使用する材料によって特性のセットが異なる場合があり、強化することができます。スイッチング速度、より低い順方向電圧降下など。

使い方

ショットキーダイオードでは、電子が半導体材料の多数キャリアになりますが、金属では非常に小さな少数キャリア（正孔）を示します。 2つの材料が結合すると、シリコン半導体に存在する電子が接続された金属に向かって急速に流れ始め、その結果、多数キャリアが大量に移動します。 金属よりも運動エネルギーが大きいため、一般に「ホットキャリア」と呼ばれます。

通常のp-n接合ダイオードは、少数キャリアが異なる隣接極性に注入されます。一方、ショットキーダイオードでは、電子は同じ極性の領域に注入されます。

金属への大量の電子の流入により、接合面に近い領域でシリコン材料のキャリアが大幅に失われます。これは、他のダイオードのp-n接合の空乏領域に似ています。金属内の追加のキャリアは、金属と半導体の間に金属内に「負の壁」を作成し、電流のさらなる流入をブロックします。ショットキーダイオード内のシリコン半導体で負に帯電した電子を意味することは、金属表面の負の壁とともにキャリアのない領域を促進します。

下の図を参照すると、第1象限に順方向バイアス電流を印加すると、この領域の電子からの正の引力により、負のバリアのエネルギーが減少します。これにより、境界を越えて大量の電子が逆流します。これらの電子の大きさは、バイアスに適用される電位の大きさに依存します。

通常のダイオードとショットキーダイオードの違い

通常のp-n接合ダイオードと比較して、ショットキーダイオードのバリア接合は、順方向バイアス領域と逆方向バイアス領域の両方で低くなっています。

これにより、ショットキーダイオードは、順方向バイアス領域と逆方向バイアス領域の両方で、同じレベルのバイアス電位に対して電流伝導が大幅に改善されます。これは、逆バイアス領域には悪いが、順バイアス領域では良い機能のように見える。

順バイアス領域と逆バイアス領域の半導体ダイオードの一般的な特性の定義は、次の式で表されます。

私 _D =私 _S （は ^{kVd / Tk} -1）

ここで、Is =逆飽和電流
k = 11,600 /η、ゲルマニウム材料の場合はη= 1、シリコン材料の場合はη= 2

同じ式は、次の図のショットキーダイオードの電流の指数関数的上昇を表していますが、係数ηはダイオードの構造のタイプによって決まります。

逆バイアス領域では、現在ですこれは主に、半導体材料に移動する金属電子によるものです。

温度特性

ショットキーダイオードの場合、継続的に研究されてきた主要な側面の1つは、100°Cを超える高温での実質的なリーク電流を最小限に抑える方法です。

これにより、-65〜 + 150°Cの極端な温度でも効率的に動作できる、より優れた改良されたデバイスが製造されています。

通常の室温では、このリークは、低電力ショットキーダイオードの場合はマイクロアンペアの範囲、高電力デバイスの場合はミリアンペアの範囲になります。

ただし、これらの数値は、同じ電力仕様の通常のp-nダイオードと比較すると大きくなります。また、 PIV評価ショットキーダイオードの場合、従来のダイオードよりもはるかに少なくなる可能性があります。

たとえば、通常、50アンペアのデバイスのPIV定格は50 Vですが、通常の50アンペアのダイオードでは最大150Vになる場合があります。とはいえ、最近の進歩により、同様のアンペア値で100Vを超えるPIV定格のショットキーダイオードが可能になりました。

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上記のグラフ表示から、ショットキーダイオードは、結晶ダイオード（点接触ダイオード）よりも優れた、ほぼ理想的な特性のセットに起因することが非常に明確になります。点接触ダイオードの順方向降下は、通常、通常のp-n接合ダイオードよりも低くなります。

ショットキーダイオードのVTまたは順方向電圧降下の大部分は、内部の金属によって決まります。温度の影響とVTレベルの間にはトレードオフがあります。これらのパラメータの1つが増加すると、他のパラメータも増加し、デバイスの効率レベルが低下します。さらに、VTは電流範囲にも依存するため、許容値が低いほどVTの値が低くなります。近似評価では、VTフォワードドロップは、特定の低レベルユニットで基本的にゼロまで低下する可能性があります。中程度以上の電流範囲では、順方向降下値は約0.2 Vになる可能性があり、これは適切な代表値のようです。

現時点では、利用可能な最大許容電流範囲のショットキーダイオードは約75アンペアですが、間もなく最大100アンペアも登場する可能性があります。