शोट्की डायोड
| File:Schottky.jpg Various Schottky-barrier diodes: Small-signal RF devices (left), medium- and high-power Schottky rectifying diodes (middle and right) | |
| प्रकार | Passive |
|---|---|
| आविष्कार किया | Walter H. Schottky |
| Pin configuration | anode and cathode |
| Electronic symbol | |
| File:Schottky diode symbol.svg | |
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।[clarification needed]
निर्माण
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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।[1] 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।[clarification needed]
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 थर्मल अपवाह को रोकता है।
पावर पी -एन डायोड की तुलना में, शोट्की डायोड कम बीहड़ होते हैं। जंक्शन थर्मल संवेदनशील धातुकरण के साथ सीधे संपर्क में है; इसलिए एक शोट्की डायोड एक समतुल्य आकार के पी-एन समकक्ष की तुलना में कम शक्ति को विफल कर सकता है, जो असफल होने से पहले एक गहरे-उकसाने वाले जंक्शन के साथ (विशेष रूप से रिवर्स ब्रेकडाउन के दौरान)। Schottky डायोड के निचले आगे के वोल्टेज का सापेक्ष लाभ उच्च आगे की धाराओं में कम हो जाता है, जहां श्रृंखला प्रतिरोध पर वोल्टेज ड्रॉप का प्रभुत्व होता है।[2]
रिवर्स रिकवरी टाइम
पी -एन जंक्शन के बीच सबसे महत्वपूर्ण अंतर | पी -एन डायोड और शोट्की डायोड रिवर्स रिकवरी टाइम (टी) हैrr जब डायोड नॉन-कंडक्टिंग स्टेट में आचरण से स्विच करता है।एक पी -एन डायोड में, रिवर्स रिकवरी समय कई माइक्रोसेकंड के क्रम में 100 & nbsp से कम हो सकता है; फास्ट डायोड के लिए एनएस, और यह मुख्य रूप से कंडक्टिंग स्टेट के दौरान प्रसार क्षेत्र में संचित अल्पसंख्यक वाहकों के कारण प्रसार कैपेसिटेंस द्वारा सीमित है।।[3] Schottky डायोड काफी तेज हैं क्योंकि वे एकध्रुवीय उपकरण हैं और उनकी गति केवल जंक्शन कैपेसिटेंस द्वारा सीमित है।स्विचिंग समय छोटे-सिग्नल डायोड के लिए ~ 100 पीएस है, और विशेष उच्च क्षमता वाले पावर डायोड के लिए दसियों नैनोसेकंड तक।पी-एन-जंक्शन स्विचिंग के साथ, एक रिवर्स रिकवरी करंट भी है, जो उच्च-शक्ति सेमीकंडक्टर्स में ईएमआई शोर बढ़ाता है।Schottky डायोड के साथ, स्विचिंग अनिवार्य रूप से केवल एक मामूली कैपेसिटिव लोडिंग के साथ तात्कालिक है, जो एक चिंता का विषय है।
यह तात्कालिक स्विचिंग हमेशा मामला नहीं होता है।उच्च वोल्टेज शोट्की उपकरणों में, विशेष रूप से, ब्रेकडाउन फील्ड ज्यामिति को नियंत्रित करने के लिए आवश्यक गार्ड रिंग संरचना सामान्य पुनर्प्राप्ति समय विशेषताओं के साथ एक परजीवी पी -एन डायोड बनाता है।जब तक यह गार्ड रिंग डायोड पक्षपाती नहीं है, तब तक यह केवल कैपेसिटेंस जोड़ता है।यदि Schottky जंक्शन को काफी कठिन रूप से संचालित किया जाता है, तो आगे का वोल्टेज अंततः दोनों डायोड को आगे और वास्तविक टी पूर्वाग्रह करेगाrrबहुत प्रभावित होगा।
यह अक्सर कहा जाता है कि Schottky डायोड एक बहुसंख्यक वाहक अर्धचालक डिवाइस है। इसका मतलब यह है कि यदि सेमीकंडक्टर बॉडी एक डोपेड एन-टाइप है, तो केवल एन-टाइप वाहक (मोबाइल इलेक्ट्रॉन) डिवाइस के सामान्य संचालन में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। बहुसंख्यक वाहक जल्दी से मुक्त मूविंग इलेक्ट्रॉनों बनने के लिए डायोड के दूसरी तरफ धातु संपर्क के चालन बैंड में इंजेक्ट किए जाते हैं। इसलिए, एन और पी-प्रकार के वाहक का कोई धीमा यादृच्छिक पुनर्संयोजन शामिल नहीं है, ताकि यह डायोड एक साधारण पी-एन रेक्टिफायर डायोड की तुलना में तेजी से चालन को बंद कर सके। यह संपत्ति, बदले में, एक छोटे डिवाइस क्षेत्र की अनुमति देती है, जो तेजी से संक्रमण के लिए भी बनाता है। यह एक और कारण है कि Schottky Diodes स्विच-मोड पावर कन्वर्टर्स में उपयोगी हैं: डायोड की उच्च गति का मतलब है कि सर्किट 200 & nbsp; kHz से 2 & nbsp; मेगाहर्ट्ज में आवृत्तियों पर काम कर सकता है। अन्य डायोड प्रकारों के साथ अधिक से अधिक दक्षता संभव होगी। छोटे क्षेत्र शोट्की डायोड आरएफ डिटेक्टरों और मिक्सर के दिल हैं, जो अक्सर 50 & nbsp; गीगाहर्ट्ज तक की आवृत्तियों पर काम करते हैं।
सीमाएँ
Schottky डायोड की सबसे स्पष्ट सीमाएं उनके अपेक्षाकृत कम रिवर्स वोल्टेज रेटिंग हैं, और उनके अपेक्षाकृत उच्च रिवर्स रिसाव वर्तमान हैं।सिलिकॉन-मेटल शोट्की डायोड के लिए, रिवर्स वोल्टेज आमतौर पर 50 वी या उससे कम होता है।कुछ उच्च-वोल्टेज डिज़ाइन उपलब्ध हैं (200 वी को एक उच्च रिवर्स वोल्टेज माना जाता है)। रिवर्स रिसाव करंट, क्योंकि यह तापमान के साथ बढ़ता है, एक थर्मल अस्थिरता समस्या की ओर जाता है।यह अक्सर उपयोगी रिवर्स वोल्टेज को वास्तविक रेटिंग से नीचे तक सीमित करता है।
जबकि उच्च रिवर्स वोल्टेज प्राप्त करने योग्य हैं, वे अन्य प्रकार के मानक डायोड के बराबर, एक उच्च फॉरवर्ड वोल्टेज पेश करेंगे।इस तरह के Schottky डायोड का कोई फायदा नहीं होगा[4] जब तक महान स्विचिंग गति की आवश्यकता न हो।
सिलिकॉन कार्बाइड शोट्की डायोड
सिलिकॉन कार्बाइड से निर्मित Schottky डायोड में सिलिकॉन Schottky डायोड की तुलना में बहुत कम रिवर्स रिसाव वर्तमान होता है, साथ ही उच्च फॉरवर्ड वोल्टेज (लगभग 1.4-1.8 & nbsp; v 25 & nbsp; ° C) और रिवर्स वोल्टेज। As of 2011[update] वे रिवर्स वोल्टेज के 1700 V तक के वेरिएंट में निर्माताओं से उपलब्ध थे।[5] सिलिकॉन कार्बाइड में एक उच्च तापीय चालकता होती है, और तापमान इसकी स्विचिंग और थर्मल विशेषताओं पर बहुत कम प्रभाव डालता है।विशेष पैकेजिंग के साथ, सिलिकॉन कार्बाइड शोट्की डायोड 500 से अधिक & nbsp; k (लगभग 200 & nbsp; ° C) के जंक्शन तापमान पर काम कर सकते हैं, जो एयरोस्पेस अनुप्रयोगों में निष्क्रिय विकिरण शीतलन की अनुमति देता है।[5]
अनुप्रयोग
वोल्टेज क्लैम्पिंग
जबकि मानक सिलिकॉन डायोड में लगभग 0.7 V और जर्मेनियम डायोड्स 0.3 V की फॉरवर्ड वोल्टेज ड्रॉप है, लगभग 1 Ma के फॉरवर्ड बायसेस में Schottky Diodes की वोल्टेज ड्रॉप 0.15 V से 0.46 V की सीमा में है (देखें 1N5817 देखें[6] और 1N5711[7]), जो उन्हें वोल्टेज क्लैंपिंग अनुप्रयोगों और ट्रांजिस्टर संतृप्ति की रोकथाम में उपयोगी बनाता है।यह Schottky डायोड में उच्च वर्तमान घनत्व के कारण है।
रिवर्स करंट और डिस्चार्ज प्रोटेक्शन
एक शोट्की डायोड के कम फॉरवर्ड वोल्टेज ड्रॉप के कारण, कम ऊर्जा गर्मी के रूप में बर्बाद हो जाती है, जिससे उन्हें दक्षता के प्रति संवेदनशील अनुप्रयोगों के लिए सबसे कुशल विकल्प बन जाता है।उदाहरण के लिए, वे स्टैंड-अलोन (ऑफ-ग्रिड) फोटोवोल्टिक (पीवी) सिस्टम में उपयोग किए जाते हैं ताकि रात में सौर पैनलों के माध्यम से बैटरी को डिस्चार्ज करने से रोका जा सके, जिसे ब्लॉकिंग डायोड कहा जाता है।वे समानांतर में जुड़े कई तार के साथ ग्रिड-कनेक्टेड सिस्टम में भी उपयोग किए जाते हैं, ताकि बाईपास डायोड विफल होने पर छायांकित तार के माध्यम से आसन्न तार से रिवर्स करंट प्रवाह को रोकने के लिए।
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।[8]
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। [9]
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,[6][11] और SS1X (1 A) और SS3X (3 A) सतह-माउंट भागों।[10][12] Schottky रेक्टिफायर कई सतह-माउंट तकनीक#पैकेज में उपलब्ध हैं। सतह-माउंट पैकेज शैलियों।[13][14] 1N5711 जैसे छोटे-सिग्नल शोट्की डायोड,[7] 1N6263,[15] 1SS106,[16] 1SS108,[17] और BAT41–43, 45-49 श्रृंखला[18] 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।[19] 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।[20] इस प्रभाव को 'Schottky Electrowetting' कहा गया है।[21]
यह भी देखें
- शोट्की बैरियर
- Schottky प्रभाव (Schottky उत्सर्जन)
- हेटरोस्ट्रक्चर बैरियर वेरएक्टर डायोड
- सक्रिय सुधार
- बेकर क्लैंप और शोट्की ट्रांजिस्टर
- 1N58XX SCHOTTKY डायोड
- इलेक्ट्रोएटिंग
संदर्भ
- ↑ ‘’Laughton, M. A. (2003). "17. Power Semiconductor Devices". Electrical engineer's reference book. Newnes. pp. 25–27. ISBN 978-0-7506-4637-6. Retrieved 2011-05-16.
- ↑ Hastings, Alan (2005). The Art of Analog Layout (2nd ed.). Prentice Hall. ISBN 0-13-146410-8.
- ↑ Pierret, Robert F. (1996). Semiconductor Device Fundamentals. Addison-Wesley. ISBN 978-0-131-78459-8.
- ↑ "Introduction to Schottky Rectifiers" (PDF). MicroNotes. 401.
Schottky rectifiers seldom exceed 100 volts in their working peak reverse voltage since devices moderately above this rating level will result in forward voltages equal to or greater than equivalent pn junction rectifiers.
- ↑ 5.0 5.1 "Schottky Diodes: the Old Ones Are Good, the New Ones Are Better". Power Electronics.
- ↑ 6.0 6.1 "1N5817 Datasheets (PDF)". Datasheetcatalog.com. Retrieved 2013-01-14.
- ↑ 7.0 7.1 "1N5711 Datasheets (PDF)". Datasheetcatalog.com. Retrieved 2013-01-14.
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