शोट्की डायोड

शोट्की डायोड (जर्मन भौतिक विज्ञानी वाल्टर एच शोट्की के नाम पर), जिसे शोट्की बाधा डायोड या हॉट-कैरियर डायोड के रूप में भी जाना जाता है, एक अर्धचालक डायोड है जो एक धातु के साथ अर्धचालक के जंक्शन से बनता है। इसमें कम अग्रिम वोल्टेज पतन और बहुत तेज स्विचन कार्य है। प्रारम्भिक बिजली अनुप्रयोगों में उपयोग किए जाने वाले वायरलेस और मेटल रेक्टिफायर के प्रारम्भिक दिनों में उपयोग किए जाने वाले कैट-व्हिस्कर डिटेक्टरों को आदिम शोट्की डायोड माना जा सकता है।

जब पर्याप्त अग्रिम वोल्टेज लागू किया जाता है, तो आगे की दिशा में एक धारा प्रवाहित होती है। एक सिलिकॉन पी-एन डायोड में 600-700 एमवी का एक विशिष्ट अग्रिम वोल्टेज होता है, जबकि शोट्की का अग्रिम वोल्टेज 150-450 एमवी होता है। यह निम्न अग्रिम वोल्टेज आवश्यकता उच्च स्विचिंग गति और बेहतर प्रणाली दक्षता की अनुमति देता है।

इतिहास
वाल्टर एच. शोट्की (1886-1976) ने 1914 में, एक वैक्यूम ट्यूब में थर्मियन के उत्सर्जन में एक अनियमितता की खोज की, जिसे अब शोट्की प्रभाव के रूप में जाना जाता है।

निर्माण
धातु और अर्धचालक के बीच एक धातु-अर्धचालक जंक्शन बनता है, जो एक शोट्की बाधा (पारंपरिक डायोड के रूप में अर्धचालक-अर्धचालक जंक्शन के बजाय) बनाता है। उपयोग की जाने वाली विशिष्ट धातुएं मोलिब्डेनम, प्लैटिनम, क्रोमियम या टंगस्टन, और कुछ सिलिकाइड्स (जैसे, पैलेडियम सिलसाइड और प्लैटिनम सिलिकाइड) हैं, जबकि अर्धचालक प्रायः n-टाइप सिलिकॉन होगा। धातु पक्ष एनोड के रूप में कार्य करता है, और एन-प्रकार अर्धचालक डायोड के कैथोड के रूप में कार्य करता है अर्थात पारंपरिक धारा धातु की ओर से अर्धचालक की ओर प्रवाहित हो सकती है, लेकिन विपरीत दिशा में नहीं। यह शोट्की बाधा बहुत तेजी से स्विचिंग और निम्न अग्रिम वोल्टेज पतन दोनों में परिणाम देता है।

धातु और अर्धचालक के संयोजन का चुनाव डायोड के अग्रिम वोल्टेज को निर्धारित करता है। दोनों n- और p- प्रकार के अर्धचालक शोट्की बाधाओं को विकसित कर सकते हैं। हालांकि, p- प्रकार में प्रायः बहुत कम अग्रिम वोल्टेज होता है। जैसा कि उत्क्रम विद्युत अग्रिम वोल्टेज को कम करने के साथ नाटकीय रूप से बढ़ता है, यह बहुत कम नहीं हो सकता है, इसलिए प्रायः नियोजित रेंज लगभग 0.5-0.7 वी (V) है, और p- प्रकार अर्धचालक केवल शायद ही कभी नियोजित होते हैं। टाइटेनियम सिलसाइड और अन्य अपवर्तक सिलिसाइड, जो सीएमओएस (CMOS) प्रक्रियाओं में स्रोत/नाली की एनीलिंग के लिए आवश्यक तापमान का सामना करने में सक्षम हैं, प्रायः उपयोगी होने के लिए बहुत कम अग्रिम वोल्टेज होता है, इसलिए इन सिलिकाइड्स का उपयोग करने वाली प्रक्रियाएं प्रायः शोट्की डायोड की पेशकश नहीं करती हैं।

अर्धचालक के बढ़ते डोपिंग के साथ, ह्रास क्षेत्र की चौड़ाई कम हो जाती है। एक निश्चित चौड़ाई के नीचे, आवेश वाहक अवक्षय क्षेत्र के माध्यम से सुरंग बना सकते हैं। बहुत उच्च डोपिंग स्तरों पर, जंक्शन अब एक दिष्टकारी के रूप में व्यवहार नहीं करता है और एक ओमिक संपर्क बन जाता है। इसका उपयोग ओमिक संपर्कों और डायोड के एक साथ गठन के लिए किया जा सकता है, क्योंकि एक डायोड सिलसाइड और हल्के से डोप किए गए n- प्रकार क्षेत्र के बीच बनेगा, और एक ओमिक संपर्क सिलिसाइड और भारी डोप किए गए n- या p-प्रकार क्षेत्र के बीच बनेगा। हल्के से डोप किए गए p-प्रकार के क्षेत्र एक समस्या पैदा करते हैं, क्योंकि परिणामी संपर्क में एक अच्छे ओमिक संपर्क के लिए बहुत अधिक प्रतिरोध होता है, लेकिन एक अच्छा डायोड बनाने के लिए बहुत कम अग्रिम वोल्टेज और बहुत अधिक रिवर्स रिसाव होता है।

चूंकि शोट्की संपर्क के किनारे काफी तेज हैं, उनके चारों ओर एक उच्च विद्युत क्षेत्र ढाल होता है, जो सीमित करता है कि रिवर्स ब्रेकडाउन वोल्टेज थ्रेशोल्ड कितना बड़ा हो सकता है। विभिन्न रणनीतियों का उपयोग किया जाता है, गार्ड रिंग से लेकर धातुकरण के अधिव्यापन तक क्षेत्र ढाल को फैलाने के लिए। गार्ड के छल्ले मूल्यवान डाई क्षेत्र का उपभोग करते हैं और मुख्य रूप से बड़े उच्च-वोल्टेज डायोड के लिए उपयोग किए जाते हैं, जबकि अतिव्यापी धातुकरण मुख्य रूप से छोटे निम्न-वोल्टेज डायोड के साथ नियोजित होता है।

शोट्की डायोड को प्रायः शोट्की ट्रांजिस्टर में एंटीसेचुरेशन क्लैम्प के रूप में उपयोग किया जाता है। पैलेडियम सिलसाइड (PdSi) [स्पष्टीकरण की आवश्यकता] से बने शोट्की डायोड अपने निम्न अग्रिम वोल्टेज (जो बेस-कलेक्टर जंक्शन के अग्रिम वोल्टेज से कम होना चाहिए) के कारण उत्कृष्ट हैं। शोट्की तापमान गुणांक B-C जंक्शन के गुणांक से कम है, जो उच्च तापमान पर PdSi के उपयोग को सीमित करता है।

शक्ति शोट्की डायोड के लिए, दबे हुए n+ परत के परजीवी प्रतिरोध और एपिटैक्सियल n-प्रकार की परत महत्वपूर्ण हो जाती है। एपिटैक्सियल परत का प्रतिरोध एक ट्रांजिस्टर की तुलना में अधिक महत्वपूर्ण है, क्योंकि करंट को इसकी पूरी मोटाई को पार करना चाहिए। हालांकि, यह जंक्शन के पूरे क्षेत्र में एक वितरित बैलेस्टिंग रेसिस्टर के रूप में कार्य करता है और सामान्य परिस्थितियों में, स्थानीयकृत तापीय अपवाह को रोकता है।

पावर p-n पावर डायोड की तुलना में, शोट्की डायोड कम ऊबड़-खाबड़ होते हैं। जंक्शन ऊष्मीयतः संवेदनशील धातुकरण के सीधे संपर्क में है। एक शोट्की डायोड विफल होने से पहले (विशेषकर रिवर्स ब्रेकडाउन के दौरान) गहरे दफन जंक्शन के साथ समकक्ष आकार के p-n समकक्ष की तुलना में कम बिजली को समाप्त कर सकता है।  शोट्की डायोड के निम्न अग्रिम वोल्टेज का सापेक्ष लाभ उच्च आगे की धाराओं में कम हो जाता है, जहां वोल्टेज पतन श्रृंखला प्रतिरोध का प्रभुत्व होता है।

रिवर्स रिकवरी समय
p-n डायोड और शोट्की डायोड के बीच सबसे महत्वपूर्ण अंतर रिवर्स रिकवरी टाइम (trr) है जब डायोड कंडक्टिंग से नॉन-कंडक्टिंग अवस्था में स्विच करता है। p-n डायोड में, तेजी से डायोड के लिए रिवर्स रिकवरी समय कई माइक्रोसेकंड के क्रम में 100 एनएस (ns) से कम हो सकता है, और यह मुख्य रूप से संचालन अवस्था के दौरान प्रसार क्षेत्र में जमा अल्पसंख्यक वाहकों के कारण प्रसार क्षमता द्वारा सीमित है। शोट्की डायोड काफी तेज हैं क्योंकि वे एकध्रुवीय उपकरण हैं और उनकी गति केवल जंक्शन समाई द्वारा सीमित है। छोटे सिग्नल डायोड के लिए स्विचिंग समय ~ 100 पीएस (ps) है, और विशेष उच्च क्षमता वाले पावर डायोड के लिए दसियों नैनोसेकंड तक है। p-n-जंक्शन स्विचिंग के साथ, एक रिवर्स रिकवरी विद्युत भी होता है, जो उच्च शक्ति वाले अर्धचालकों में ईएमआई (EMI) शोर बढ़ाता है। शोट्की डायोड के साथ, स्विचिंग अनिवार्य रूप से "तात्कालिक" है जिसमें केवल थोड़ी सी कैपेसिटिव लोडिंग होती है, जो कि चिंता का विषय नहीं है।

यह "तात्कालिक" स्विचिंग हमेशा मामला नहीं होता है। उच्च वोल्टेज शोट्की उपकरणों में, विशेष रूप से, ब्रेकडाउन क्षेत्र ज्यामिति को नियंत्रित करने के लिए आवश्यक गार्ड रिंग संरचना सामान्य पुनर्प्राप्ति समय विशेषताओं के साथ एक परजीवी p-n डायोड बनाती है। जब तक यह गार्ड रिंग डायोड अग्रिम अभिनति नहीं है, तब तक यह केवल कैपेसिटेंस जोड़ता है। यदि शोट्की जंक्शन को पर्याप्त रूप से संचालित किया जाता है, तो अग्रिम वोल्टेज अंततः दोनों डायोड को आगे बढ़ा देगा और वास्तविक trr बहुत प्रभावित होगा।

प्रायः यह कहा जाता है कि शोट्की डायोड एक "बहुमत वाहक" अर्धचालक उपकरण है। इसका मतलब यह है कि यदि अर्धचालक निकाय डोप किया हुआ n-प्रकार है, तो उपकरण के सामान्य संचालन में केवल n-प्रकार वाहक (गतिशील इलेक्ट्रॉन) महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। मुक्त गतिमान इलेक्ट्रॉन बनने के लिए बहुसंख्यक वाहकों को डायोड के दूसरी ओर धातु संपर्क के चालन बैंड में जल्दी से अंतःक्षिप्त किया जाता है। इसलिए, n और p-प्रकार के वाहकों का कोई धीमा यादृच्छिक पुनर्संयोजन सम्मिलित नहीं है, ताकि यह डायोड एक सामान्य p-n दिष्टकारी डायोड की तुलना में तेजी से चालन को रोक सके। यह गुण, बदले में, एक छोटे उपकरण क्षेत्र की अनुमति देता है, जो एक तेज़ संक्रमण के लिए भी बनाता है। यह एक और कारण है कि शोट्की डायोड स्विच-मोड पावर संपरिवर्तित्र (कन्वर्टर्स) में उपयोगी होते हैं डायोड की उच्च गति का मतलब है कि सर्किट 200 kHz से 2 MHz की सीमा में आवृत्तियों पर काम कर सकता है, जिससे अन्य डायोड प्रकारों की तुलना में अधिक दक्षता वाले छोटे प्रेरकों और संधारित्र के उपयोग की अनुमति मिलती है। छोटे क्षेत्र के शोट्की डायोड आरएफ (RF) संसूचकों और मिश्रण का दिल होते हैं, जो प्रायः 50 GHz तक की आवृत्तियों पर काम करते हैं।

सीमाएँ
शोट्की डायोड की सबसे स्पष्ट सीमाएँ उनकी अपेक्षाकृत निम्न रिवर्स वोल्टेज रेटिंग और उनकी अपेक्षाकृत उच्च रिवर्स लीकेज विद्युत हैं। सिलिकॉन-धातु शोट्की डायोड के लिए, रिवर्स वोल्टेज प्रायः 50 V या उससे कम होता है। कुछ उच्च-वोल्टेज डिज़ाइन उपलब्ध (200 V को एक उच्च रिवर्स वोल्टेज माना जाता है) हैं। रिवर्स लीकेज विद्युत, क्योंकि यह तापमान के साथ बढ़ता है, तापीय अस्थिरता की समस्या पैदा करता है। यह प्रायः उपयोगी रिवर्स वोल्टेज को वास्तविक रेटिंग से काफी नीचे तक सीमित कर देता है।

जबकि उच्च रिवर्स वोल्टेज प्राप्त करने योग्य हैं, वे अन्य प्रकार के मानक डायोड की तुलना में एक उच्च अग्रिम वोल्टेज पेश करेंगे। इस तरह के शोट्की डायोड का कोई फायदा नहीं होगा [4] जब तक कि बड़ी स्विचिंग गति की आवश्यकता न हो।

सिलिकॉन कार्बाइड शोट्की डायोड
सिलिकॉन कार्बाइड से निर्मित शोट्की डायोड में सिलिकॉन शोट्की डायोड की तुलना में बहुत कम रिवर्स लीकेज विद्युत होता है, साथ ही उच्च अग्रिम वोल्टेज (25 ° C पर लगभग 1.4-1.8 V) और रिवर्स वोल्टेज होता है। 2011 तक वे निर्माताओं से रिवर्स वोल्टेज के 1700 V तक के प्रकार में उपलब्ध थे।

सिलिकॉन कार्बाइड में उच्च तापीय चालकता होती है, और इसके स्विचिंग और तापीय विशेषताओं पर तापमान का बहुत कम प्रभाव पड़ता है। विशेष पैकेजिंग के साथ, सिलिकॉन कार्बाइड शोट्की डायोड 500 K (लगभग 200 °C) से अधिक के जंक्शन तापमान पर काम कर सकता है, जो एयरोस्पेस अनुप्रयोगों में निष्क्रिय विकिरण शीतलन की अनुमति देता है।

वोल्टेज क्लैम्पिंग
जबकि मानक सिलिकॉन डायोड में लगभग 0.7 V और जर्मेनियम डायोड 0.3 V का एक आगे वोल्टेज पतन होता है, शोट्की डायोड का वोल्टेज ड्रॉप लगभग 1 mA के अग्रिम अभिनति पर 0.15 V से 0.46 V (1N5817 और 1N5711 देखें) की सीमा में होता है। जो उन्हें वोल्टेज क्लैम्पिंग अनुप्रयोगों और ट्रांजिस्टर संतृप्ति की रोकथाम में उपयोगी बनाता है। यह शोट्की डायोड में उच्च धारा घनत्व के कारण है।

रिवर्स करंट और डिस्चार्ज प्रोटेक्शन
शोट्की डायोड के कम आगे वोल्टेज पतन के कारण, कम ऊर्जा ऊष्मा के रूप में बर्बाद हो जाती है, जिससे वे दक्षता के प्रति संवेदनशील अनुप्रयोगों के लिए सबसे कुशल विकल्प बन जाते हैं। उदाहरण के लिए, उनका उपयोग स्टैंड-अलोन ("ऑफ-ग्रिड") फोटोवोल्टिक (पीवी) प्रणाली में रात में सौर पैनलों के माध्यम से बैटरी को डिस्चार्ज होने से रोकने के लिए किया जाता है, जिसे "ब्लॉकिंग डायोड" कहा जाता है। समानांतर में जुड़े कई तारों के साथ ग्रिड से जुड़े प्रणाली में भी उनका उपयोग किया जाता है, ताकि "बाईपास डायोड" विफल होने पर छायांकित तारों के माध्यम से आसन्न तारों से बहने वाली रिवर्स धारा को रोका जा सके।

स्विच-मोड बिजली की आपूर्ति
Schottky डायोड का उपयोग स्विच-मोड पावर सप्लाई में रेक्टिफायर के रूप में भी किया जाता है। स्विच-मोड पावर सप्लाई।कम फॉरवर्ड वोल्टेज और फास्ट रिकवरी समय से दक्षता बढ़ जाती है।

उनका उपयोग बिजली की आपूर्ति या गेट#वायर्ड-या में भी किया जा सकता है।हालांकि, उच्च रिवर्स रिसाव करंट इस मामले में एक समस्या प्रस्तुत करता है, क्योंकि किसी भी उच्च-प्रतिबाधा वोल्टेज सेंसिंग सर्किट (जैसे, बैटरी वोल्टेज की निगरानी करना या यह पता लगाना कि क्या एक मुख्य एडाप्टर मौजूद है) डायोड के माध्यम से अन्य बिजली स्रोत से वोल्टेज देखेगारिसाव के।

नमूना-और-पकड़ सर्किट
Schottky डायोड का उपयोग डायोड-ब्रिज आधारित नमूने और होल्ड सर्किट में किया जा सकता है।जब नियमित पी -एन जंक्शन आधारित डायोड पुलों की तुलना में, शोट्की डायोड लाभ प्रदान कर सकते हैं।फॉरवर्ड-बायस्ड शोट्की डायोड में कोई अल्पसंख्यक वाहक चार्ज स्टोरेज नहीं है।यह उन्हें नियमित डायोड की तुलना में अधिक तेज़ी से स्विच करने की अनुमति देता है, जिसके परिणामस्वरूप नमूना से होल्ड स्टेप में संक्रमण का समय कम होता है। अल्पसंख्यक वाहक चार्ज स्टोरेज की अनुपस्थिति के परिणामस्वरूप कम होल्ड स्टेप या सैंपलिंग त्रुटि होती है, जिसके परिणामस्वरूप आउटपुट पर अधिक सटीक नमूना होता है।

चार्ज कंट्रोल
इसके कुशल विद्युत क्षेत्र नियंत्रण के कारण, Schottky डायोड का उपयोग अर्धचालक नैनोस्ट्रक्चर जैसे क्वांटम कुओं या क्वांटम डॉट्स में सटीक रूप से लोड या अनलोड करने के लिए किया जा सकता है।

पदनाम
आमतौर पर सामना किए जाने वाले शोट्की डायोड में 1N58XX श्रृंखला रेक्टिफायर शामिल हैं, जैसे कि 1N581x (1 ए) और 1N582x (3 ए) के माध्यम से होल भागों, और SS1X (1 A) और SS3X (3 A) सतह-माउंट भागों। Schottky रेक्टिफायर कई सतह-माउंट तकनीक#पैकेज में उपलब्ध हैं। सतह-माउंट पैकेज शैलियों। 1N5711 जैसे छोटे-सिग्नल शोट्की डायोड, 1N6263, 1SS106, 1SS108, और BAT41–43, 45-49 श्रृंखला डिटेक्टरों, मिक्सर और नॉनलाइनियर तत्वों के रूप में उच्च-आवृत्ति वाले अनुप्रयोगों में व्यापक रूप से उपयोग किए जाते हैं, और जर्मेनियम डायोड को सुपरसेड किया है। वे इलेक्ट्रोस्टैटिक डिस्चार्ज (ईएसडी) के लिए भी उपयुक्त हैं जैसे कि संवेदनशील उपकरणों की सुरक्षा जैसे कि सेमीकंडक्टर सामग्री की सूची#समूह III-V। III-V-Seciconductor डिवाइस, लेजर डायोड और, कुछ हद तक, CMOS सर्किटरी की उजागर लाइनें।

Schottky Metal-Semiconductor जंक्शनों को उत्तराधिकारियों में 7400 श्रृंखलाओं में चित्रित किया गया है। 7400 Transistor-Transistor Logic | TTL परिवार लॉजिक डिवाइसेस, 74S, 74LS और 74ALS श्रृंखला, जहां वे कलेक्टर-बेस जंक्शनों के समानांतर में बेकर क्लैंप के रूप में कार्यरत हैं।द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर की अपनी संतृप्ति को रोकने के लिए, जिससे उनकी टर्न-ऑफ देरी को बहुत कम कर दिया गया।

विकल्प
जब कम शक्ति अपव्यय वांछित होता है, तो एक MOSFET और एक नियंत्रण सर्किट का उपयोग इसके बजाय एक ऑपरेशन मोड में सक्रिय सुधार के रूप में जाना जा सकता है।

एक सुपर डायोड जिसमें पीएन-डायोड या शोट्की डायोड और एक परिचालन एम्पलीफायर शामिल है, नकारात्मक प्रतिक्रिया के प्रभाव के कारण एक लगभग सही डायोड विशेषता प्रदान करता है, हालांकि इसका उपयोग आवृत्तियों तक सीमित है जो उपयोग किए गए परिचालन एम्पलीफायर को संभाल सकते हैं।

इलेक्ट्रोएटिंग
इलेक्ट्रोएटिंग तब देखी जा सकती है जब तरल धातु की एक बूंद का उपयोग करके एक शोट्की डायोड का गठन किया जाता है, उदा।बुध, एक अर्धचालक के संपर्क में, उदा।सिलिकॉन।सेमीकंडक्टर में डोपिंग प्रकार और घनत्व के आधार पर, बूंद का प्रसार पारा बूंद पर लागू वोल्टेज के परिमाण और संकेत पर निर्भर करता है। इस प्रभाव को 'Schottky Electrowetting' कहा गया है।

यह भी देखें

 * शोट्की बैरियर
 * Schottky प्रभाव (Schottky उत्सर्जन)
 * हेटरोस्ट्रक्चर बैरियर वेरएक्टर डायोड
 * सक्रिय सुधार
 * बेकर क्लैंप और शोट्की ट्रांजिस्टर
 * 1N58XX SCHOTTKY डायोड
 * इलेक्ट्रोएटिंग

बाहरी संबंध

 * "Characteristics of Schottky Diodes" – PowerGuru
 * "Introduction to Schottky Rectifiers"
 * "Is the lowest forward voltage drop of real schottky diodes always the best choice?" Technical application, IXYS Corporation.
 * "Schottky diode" in Electronics Notes