Schottky Diyot

Schottky Diyot, düşük ileri voltaj düşüşüne ve çok hızlı anahtarlama hızına sahip bir metal-yarı iletken diyot türüdür.

Schottky Diyotlar diğer diyotlar gibi, şekillendirme, anahtarlama ve kırpma gibi çeşitli uygulamalarda kullanılabilen bir yarıiletken türüdür. Ana avantajı, Schottky Diyotunun ileri voltaj düşüşünün, geleneksel silikon pn-bağlantı diyotunun 0,7 voltundan önemli ölçüde daha az olmasıdır.

Schottky diyotlar, esas olarak düşük güç ve hızlı anahtarlama hızları nedeniyle doğrultma, sinyal koşullandırma ve anahtarlamadan TTL ve CMOS mantık kapılarına kadar birçok faydalı uygulamaya sahiptir. TTL Schottky mantık kapıları, mantık kapısı devre kodlarında bir yerde görünen LS harfleriyle tanımlanır, örneğin 74LS00.

PN-bağlantı diyotları, bir doğrultucu cihaz olarak kullanılmasına izin veren bir p-tipi ve bir n-tipi yarı iletken malzemeyi bir araya getirerek oluşturulur ve İleriPolarlı olduğunda tükenme bölgesinin büyük ölçüde azaldığını ve akımın içinden akmasına izin verdiğini gördük. ileri yönde ve Ters Polarlı olduğunda tükenme bölgesi artırılarak akım akışı engellenir.

Pn-bağlantısını, onu ileri veya geri yönlendirmek için harici bir voltaj kullanarak polarlama eylemi, sırasıyla bağlantı bariyerinin direncini azaltır veya arttırır. Böylece tipik bir pn-bağlantı diyotunun voltaj-akım ilişkisi (karakteristik eğrisi), bağlantının direnç değerinden etkilenir. Pn-bağlantı diyotunun doğrusal olmayan bir cihaz olduğunu unutmayın, bu nedenle DC direnci hem ön gerilime hem de içinden geçen akıma göre değişecektir.

İleriye doğru polarlı olduğunda, bağlantı yoluyla iletim, harici kutuplama voltajı, nokta akımının hızla arttığı “diz/dirsek voltajına” ulaşana kadar başlamaz ve silikon diyotlar için ileri iletimin gerçekleşmesi için gereken voltaj, gösterildiği gibi 0,65 ila 0,7 volt civarındadır.

Schottky Diyot
PN-bağlantı Diyodu IV-Özellikleri

Pratik silisyum bağlantı diyotları için bu diz/knee voltajı, üretim sırasında nasıl katkılandığına ve cihazın küçük bir sinyal diyotu mu yoksa çok daha büyük bir doğrultucu diyot mu olduğuna bağlı olarak 0,6 ila 0,9 volt arasında herhangi bir yerde olabilir. Standart bir germanyum diyotu için diz voltajı, yaklaşık 0,3 volt ya da çok daha düşüktür, bu da onu küçük sinyal uygulamaları için daha uygun hale getirir.

Schottky Diyot

Bir parça P-tipi malzeme ve bir parça N-tipi malzemeden oluşan geleneksel bir pn-bağlantı diyotundan farklı olarak, Schottky Diyotlar, bir N-tipi yarı iletkene bağlanmış bir metal elektrot kullanılarak yapılır. Bağlantılarının bir tarafında metal bir bileşik ve diğer tarafında katkılı silisyum kullanılarak yapıldıkları için, Schottky diyotu bu nedenle hiçbir tükenme katmanına sahip değildir ve bipolar cihazlar olan tipik pn-bağlantı diyotlarından farklı olarak tek kutuplu cihazlar olarak sınıflandırılır.

Schottky diyot yapımında kullanılan en yaygın temas metali, oldukça iletken bir silusyum ve metal bileşiği olan “Silisit” dir. Bu silisit metal-silikon kontağı, iletim sırasında Vƒ<0,4V civarında daha küçük bir ileri voltaj düşüşü üreterek daha fazla akımın akmasına izin veren oldukça düşük bir omik direnç değerine sahiptir. Farklı metal bileşikleri, tipik olarak 0,3 ila 0,5 volt arasında farklı ileri voltaj düşüşleri üretecektir.

Schottky Diyot Yapısı ve Sembolü

Schottky Diyot
Schottky Diyot Yapısı ve Sembolü

Yukarıda, hafif katkılı bir n-tipi silisyum yarı iletkenin bir metal elektrot ile birleştirildiği bir Schottky diyotun basitleştirilmiş yapısı ve sembolü gösterilmektedir.

Bu metal-yarı iletken bağlantısının genişliği ve dolayısıyla elektriksel özellikleri, yapısında kullanılan metal bileşiğinin ve yarı iletken malzemenin tipine büyük ölçüde bağlı olacaktır, ancak ileri yönlü olduğunda, elektronlar n-tipi malzemeden metal elektrota doğru hareket eder ve akımın akmasına izin verir.

P-tipi yarı iletken malzeme ve dolayısıyla azınlık taşıyıcıları (delikler) olmadığından, ters kutuplandığında diyotların iletimi çok hızlı bir şekilde durur ve geleneksel bir pn-bağlantı diyotunda olduğu gibi akım akışını bloke eder hale gelir. Bu nedenle, bir Schottky diyotu için, sapmadaki değişikliklere çok hızlı bir yanıt verilir ve doğrultucu diyotun özelliklerini gösterir.

Daha önce tartışıldığı gibi, bir Schottky diyotunun “AÇIK” duruma geldiği ve iletmeye başladığı diz voltajı, aşağıdaki IV karakteristiklerinde gösterildiği gibi, pn-bağlantı eşdeğerinden çok daha düşük bir voltaj seviyesindedir.

Schottky Diyot IV-Özellikleri

Schottky Diyot

Gördüğümüz gibi, metal-yarı iletken Schottky diyot IV karakteristiklerinin genel şekli, ms-bağlantı diyotunun iletmeye başladığı köşe veya diz voltajı dışında, standart bir pn-bağlantı diyotuna çok benzer.

Bu düşük değerden dolayı, bir silisyum Schottky diyotunun ileri akımı, kullanılan metal elektrota bağlı olarak, tipik bir pn-bağlantı diyotununkinden birçok kat daha büyük olabilir.

Bununla birlikte, ters kaçak akım, (IR, Schottky diyotu için) pn-diyodun için genel olarak çok daha büyüktür.

Bununla birlikte, IV karakteristik eğrisi daha lineer doğrultucu olmayan bir karakteristik gösteriyorsa, o zaman bu bir Ohmik kontaktır. Ohmik kontaklar, yarı iletken yongaları ve yongaları harici bağlantı pimleri veya bir sistemin devreleriyle bağlamak için yaygın olarak kullanılır. Örneğin, tipik bir mantık geçidinin yarı iletken yongasını, plastik çift sıralı (DIL) paketinin pimlerine bağlamak.

Ayrıca Schottky diyotun metal-yarı iletken bağlantı ile üretilmesi nedeniyle, benzer voltaj ve akım özelliklerine sahip standart pn-bağlantı silisyum diyotlardan biraz daha pahalı olma eğilimindedir. Örneğin, 1.0 Amper 1N58xx Schottky serisi, genel amaçlı 1N400x serisine kıyasla.

Mantık Kapılarında Schottky Diyotları

Schottky diyotun ayrıca dijital devrelerde birçok kullanımı vardır ve daha yüksek frekans tepkileri, azaltılmış anahtarlama süreleri ve daha düşük güç tüketimi nedeniyle Schottky transistör-transistör mantık (TTL) dijital mantık kapıları ve devrelerinde yaygın olarak kullanılır. Yüksek hızlı anahtarlamanın gerekli olduğu durumlarda, Schottky tabanlı TTL bariz seçimdir.

Schottky TTL’nin tümü farklı hızlara ve güç tüketimine sahip farklı sürümleri vardır. Yapısında Schottky diyotu kullanan üç ana TTL mantık serisi şu şekilde verilmiştir:

  • Schottky Diode Clamped TTL (S serisi)  – Schottky “S” serisi TTL (74SXX), orijinal diyot-transistör DTL ve transistör-transistör 74 serisi TTL mantık kapıları ve devrelerinin geliştirilmiş bir versiyonudur. Schottky diyotları, doymalarını önlemek ve daha hızlı çalışmaya izin veren yayılma gecikmeleri oluşturmalarını önlemek için anahtarlama transistörlerinin temel-toplayıcı bağlantısına yerleştirilir.
  • Low-Power Schottky (LS serisi)  – 74LSXX serisi TTL’nin transistör anahtarlama hızı, kararlılığı ve güç dağıtımı, önceki 74SXX serisinden daha iyidir. Daha yüksek anahtarlama hızının yanı sıra, düşük güçlü Schottky TTL ailesi daha az güç tüketerek 74LSXX TTL serisini birçok uygulama için iyi bir seçim haline getirir.
  • Gelişmiş Düşük Güçlü Schottky (ALS serisi)  – Diyotların ms bağlantılarını üretmek için kullanılan malzemelerdeki ek iyileştirmeler, 74LSXX serisinin 74ALSXX ve 74LS serisine kıyasla daha düşük yayılma gecikme süresine ve çok daha düşük güç tüketimine sahip olduğu anlamına gelir. Ancak, standart TTL’den daha yeni bir teknoloji ve dahili olarak daha karmaşık bir tasarım olduğundan, ALS serisi biraz daha pahalıdır.

Schottky Sıkıştırılmış Transistör

Schottky Diyot

Önceki tüm Schottky TTL geçitleri ve devreleri, doygunluğa zorlanmalarını önlemek için bir sıkıştırılmış Schottky transistör kullanır.

Gösterildiği gibi, bir Schottkysıkıştırılmış transistör, temel olarak, baz-toplayıcı bağlantısı boyunca paralel olarak bağlanmış bir Schottky diyotuna sahip standart bir iki kutuplu bağlantı transistörüdür.

Transistör, karakteristik eğrilerinin aktif bölgesinde normal olarak çalıştığında, baz-kolektör bağlantısı ters kutuplanır ve bu nedenle diyot, transistörün normal bir npn transistörü olarak çalışmasına izin verecek şekilde ters kutuplanır. Bununla birlikte, transistör doymaya başladığında, Schottky diyotu ileri polarlanır ve kollektör-taban bağlantısını 0,4 volt diz değerine kenetler, herhangi bir aşırı taban akımı diyottan geçirildiğinden transistörü sert doygunluğun dışında tutar.

Mantık devrelerinin anahtarlama transistörlerinin doymasını önlemek, yayılma gecikme sürelerini büyük ölçüde azaltır ve Schottky TTL devrelerini flip-flop’larda, osilatörlerde ve bellek yongalarında kullanım için ideal hale getirir.

Özetle

Burada gördüğümüz Schottky Diyot olarak da bilinen Schottky Bariyer Diyot bir metal elektrot ve bir n-tipi yarı iletken geleneksel Pn-bağlantı diyotlar üzerinde iki büyük avantajı vardır; daha hızlı anahtarlama hızı ve düşük ileri ön gerilim voltajı sunar.

Metal-yarı iletken veya ms-bağlantısı, aynı ileri akım değeri için standart bir silisyum bazlı pn-bağlantı diyotunda görülen 0,6 ila 0,9 volt değerine kıyasla tipik olarak 0,3 ila 0,4 voltluk çok daha düşük bir diz voltajı sağlar.

Yapıları için kullanılan metal ve yarı iletken malzemelerdeki varyasyonlar, silisyum karbür (SiC) Schottky diyotlarının, daha az kullanılan germanyum diyotun yerini alan Schottky diyotu ile 0,2 volt kadar küçük bir ileri voltaj düşüşü ile “AÇIK” duruma getirebileceği anlamına gelir.

Schottky diyotlar, yenilenebilir enerji ve güneş paneli uygulamalarında kullanılmak üzere alçak gerilim, yüksek akım uygulamalarında hızla tercih edilen doğrultma cihazı haline geliyor.

Bununla birlikte, pn-bağlantı eşdeğerleri ile karşılaştırıldığında, Schottky diyot ters kaçak akımları daha büyüktür ve ters arıza voltajları yaklaşık 50 voltta daha düşüktür.

Daha düşük bir açma voltajı, daha hızlı anahtarlama süresi ve azaltılmış güç tüketimi, Schottky diyotu, en yaygın olanı 74LSXX TTL serisi mantık kapıları olan birçok entegre devre uygulamasında son derece kullanışlı hale getirir.

Metal-yarı iletken bağlantıları, metal elektrotun yoğun katkılı (ve dolayısıyla düşük dirençli) yarı iletken bölgelere yerleştirilmesiyle doğrultucu diyotların yanı sıra “Ohmik kontaklar” olarak da çalıştırılabilir. Ohmik kontaklar akımı her iki yönde de eşit olarak iletir ve yarı iletken plakaların ve devrelerin harici terminallere bağlanmasına izin verir.