ไดโอด Schottky ใช้ Schottky เพื่อปิดกั้นแรงดันย้อนกลับบนผิวสัมผัสโลหะหรือสารกึ่งตัวนำ เพื่อให้กระแสสามารถนำทิศทางเดียวได้ โครงสร้างของชุมทาง Schottky และ PN แตกต่างจากไดโอดแบบดั้งเดิมมาก ไดโอดกู้คืนอย่างรวดเร็วตามชื่อคือไดโอดเซมิคอนดักเตอร์ที่สามารถกู้คืนเวลาย้อนกลับได้อย่างรวดเร็ว บทความนี้จะแนะนำความแตกต่างระหว่าง Schottky diode และ fast recovery diode จากแง่มุมของโครงสร้างและลักษณะการทำงาน
ชอตกี้ไดโอด
เป็นไดโอดของ "ชุมทางสารกึ่งตัวนำโลหะ" ที่มีลักษณะเฉพาะของ Schottky แรงดันสตาร์ทไปข้างหน้าต่ำ นอกจากทังสเตนแล้ว ชั้นโลหะยังสามารถทำจากทอง โมลิบดีนัม นิกเกิล ไททาเนียม และวัสดุอื่นๆ วัสดุเซมิคอนดักเตอร์คือซิลิกอนหรือแกลเลียมอาร์เซไนด์ อุปกรณ์ชนิดนี้เป็นสื่อนำไฟฟ้าโดยผู้ให้บริการส่วนใหญ่ ดังนั้นกระแสความอิ่มตัวย้อนกลับจึงมากกว่ากระแสไฟฟ้าของชุมทาง PN ที่นำไฟฟ้าโดยผู้ให้บริการเพียงไม่กี่ราย เนื่องจากเอฟเฟกต์การจัดเก็บของพาหะส่วนน้อยในไดโอด Schottky มีขนาดเล็กมาก การตอบสนองความถี่จึงถูกจำกัดด้วยค่าคงที่เวลา RC เท่านั้น ดังนั้นจึงเป็นอุปกรณ์ที่เหมาะสำหรับการสลับความถี่สูงและการสลับที่รวดเร็ว ความถี่ในการทำงานสามารถเข้าถึง 100GHz นอกจากนี้ ไดโอด Schottky ที่ใช้ MIS (สารกึ่งตัวนำที่เป็นฉนวนโลหะ) ยังสามารถนำมาใช้ทำเซลล์แสงอาทิตย์หรือไดโอดเปล่งแสงได้
หลักการโครงสร้าง
กล่าวโดยสรุป หลักการโครงสร้างของ Schottky rectifier นั้นแตกต่างจากของ PN Junction Rectifier อย่างมาก โดยทั่วไปแล้ววงจรเรียงกระแสทางแยก PN เรียกว่า Junction Rectifier ในขณะที่วงจรเรียงกระแสครึ่งท่อโลหะเรียกว่า Schottky rectifier ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ไดโอด Schottky อะลูมิเนียมซิลิคอนที่ผลิตโดยเทคโนโลยีระนาบซิลิคอนได้รับการพัฒนาเช่นกัน ซึ่งไม่เพียงช่วยประหยัดโลหะมีค่า ลดต้นทุนลงอย่างมาก แต่ยังปรับปรุงความสอดคล้องของพารามิเตอร์ด้วย
วงจรเรียงกระแสชอตต์กี้ใช้พาหะ (อิเล็กตรอน) เพียงตัวเดียวในการขนส่งประจุ และไม่มีการสะสมของพาหะส่วนน้อยส่วนเกินนอกสิ่งกีดขวางที่อาจเกิดขึ้น ดังนั้นจึงไม่มีปัญหาการจัดเก็บค่าใช้จ่าย (qrr → 0) และลักษณะการสลับได้รับการปรับปรุงอย่างมีนัยสำคัญ เวลาการกู้คืนย้อนกลับสามารถสั้นลงให้น้อยกว่า 10ns อย่างไรก็ตาม ค่าความต้านทานย้อนกลับของแรงดันไฟฟ้าค่อนข้างต่ำ โดยทั่วไปไม่เกิน 100V จึงเหมาะกับงานแรงดันต่ำและกระแสสูง ประสิทธิภาพของวงจรเรียงกระแสแรงดันต่ำและกระแสขนาดใหญ่ (หรือวงจรอิสระ) สามารถปรับปรุงได้โดยใช้ลักษณะของแรงดันตกคร่อมต่ำ
ไดโอดกู้คืนอย่างรวดเร็ว
ไดโอดกู้คืนเร็วหมายถึงไดโอดที่มีเวลากู้คืนย้อนกลับสั้น (ต่ำกว่า 5us) มีการใช้มาตรการเจือทองในกระบวนการ โครงสร้างบางส่วนใช้โครงสร้างทางแยก PN และบางส่วนใช้โครงสร้างพินที่ได้รับการปรับปรุง แรงดันตกคร่อมไปข้างหน้าสูงกว่าไดโอดทั่วไป (1-2v) และทนแรงดันย้อนกลับได้ต่ำกว่า 1200V เป็นส่วนใหญ่ ในแง่ของประสิทธิภาพสามารถแบ่งออกเป็นสองระดับ: การกู้คืนอย่างรวดเร็วและการกู้คืนที่รวดเร็วเป็นพิเศษ เวลาย้อนกลับของเวลาก่อนหน้าคือหลายร้อยนาโนวินาทีหรือนานกว่านั้น ในขณะที่เวลาหลังน้อยกว่า 100 นาโนวินาที
ชอตต์กี้ไดโอดเป็นไดโอดที่อาศัยสิ่งกีดขวางที่อาจเกิดขึ้นจากการสัมผัสระหว่างโลหะและสารกึ่งตัวนำ เรียกสั้นๆ ว่า Schottky diode มีการลดแรงดันไฟไปข้างหน้า ({{0}}.4-1.0v), เวลาการกู้คืนย้อนกลับ (0-10 นาโนวินาที), กระแสรั่วไหลย้อนกลับขนาดใหญ่ และแรงดันที่ทนต่อต่ำ โดยทั่วไปต่ำกว่า 150V ส่วนใหญ่จะใช้ในโอกาสแรงดันต่ำ
ไดโอด Schottky และไดโอดกู้คืนอย่างรวดเร็วมักใช้ในการเปลี่ยนแหล่งจ่ายไฟ ความแตกต่างคือเวลาการกู้คืนของแบบแรกนั้นน้อยกว่าแบบหลังประมาณ 100 เท่า และเวลาการกู้คืนแบบย้อนกลับของแบบแรกจะอยู่ที่ประมาณหลายนาโนวินาที อดีตมีข้อดีของการใช้พลังงานต่ำ กระแสสูง และความเร็วสูงเป็นพิเศษ
ในกระบวนการผลิตของไดโอดกู้คืนอย่างรวดเร็ว มีการใช้สารเจือทอง การแพร่กระจายอย่างง่าย และกระบวนการอื่นๆ ซึ่งสามารถรับความเร็วการสลับสูงและแรงดันไฟฟ้าที่ทนทานสูง ในปัจจุบัน ไดโอดกู้คืนอย่างรวดเร็วส่วนใหญ่จะใช้เป็นองค์ประกอบแก้ไขในแหล่งจ่ายไฟอินเวอร์เตอร์
ย้อนกลับเวลาการกู้คืน
เวลากู้คืนย้อนกลับคืออะไร? เมื่อแรงดันไฟฟ้าของไดโอดภายนอกเปลี่ยนจากทิศทางไปข้างหน้าเป็นทิศทางย้อนกลับ กระแสที่ไหลผ่านอุปกรณ์จะไม่สามารถแปลงจากกระแสไปข้างหน้าเป็นกระแสย้อนกลับได้ชั่วคราว ในเวลานี้ พาหะส่วนน้อย (รู) ที่ถูกอัดฉีดในทิศทางไปข้างหน้าจะถูกดึงออกโดยสนามไฟฟ้าแรงสูงของบริเวณประจุอวกาศ เนื่องจากความหนาแน่นของรูเหล่านี้สูงกว่าความหนาแน่นของรูที่สมดุลของบริเวณฐาน กระแสย้อนกลับที่มากกว่ากระแสรั่วไหลย้อนกลับจะถูกสร้างขึ้นที่โมเมนต์ไบอัสย้อนกลับ นั่นคือ IRM ของกระแสกู้คืนย้อนกลับ ในขณะเดียวกัน การปรับปรุงกระบวนการบังเอิญยังช่วยเร่งการลดลงของความหนาแน่นของพาหะเพิ่มเติมเหล่านี้ จนกว่าพาหะเพิ่มเติมที่สะสมในบริเวณฐานจะหายไปอย่างสมบูรณ์ กระแสย้อนกลับจะลดลงและคงที่เป็นกระแสรั่วไหลย้อนกลับ เวลาที่ใช้โดยกระบวนการทั้งหมดคือเวลาการกู้คืนย้อนกลับ
เวลาการกู้คืนย้อนกลับ TRR ถูกกำหนดเป็นช่วงเวลาที่กระแสผ่านจุดศูนย์จากทิศทางไปข้างหน้าไปยังค่าต่ำสุดที่ระบุ เป็นดัชนีทางเทคนิคที่สำคัญในการวัดประสิทธิภาพของอุปกรณ์หมุนรอบอิสระและวงจรเรียงกระแสความถี่สูง
ลักษณะโครงสร้างของไดโอดกู้คืนเร็วและไดโอดกู้คืนเร็วพิเศษ
โครงสร้างภายในของไดโอดฟื้นตัวเร็วแตกต่างจากไดโอดทั่วไป เพิ่มบริเวณฐาน I ระหว่างวัสดุซิลิกอนชนิด p และชนิด n เพื่อสร้างชิปซิลิกอนพิน เนื่องจากบริเวณฐานบางมากและประจุไฟฟ้าย้อนกลับมีขนาดเล็กมาก ไม่เพียงแต่ค่า TRR จะลดลงอย่างมากเท่านั้น แต่ยังลดแรงดันตกคร่อมไปข้างหน้าชั่วคราวด้วย เพื่อให้ท่อสามารถทนต่อแรงดันทำงานย้อนกลับได้สูง เวลาการกู้คืนย้อนกลับของไดโอดการกู้คืนอย่างรวดเร็วโดยทั่วไปคือหลายร้อยนาโนวินาที แรงดันตกคร่อมไปข้างหน้าคือประมาณ 0.6V กระแสไปข้างหน้าคือหลายแอมแปร์ถึงหลายพันแอมแปร์ และแรงดันสูงสุดย้อนกลับสามารถสูงถึงหลายร้อยถึง หลายพันโวลต์ ค่าการกู้คืนแบบย้อนกลับของไดโอดการกู้คืนแบบเร็วพิเศษจะลดลงอีก ทำให้ค่า TRR ต่ำถึงหลายสิบนาโนวินาที
ไดโอดการกู้คืนที่รวดเร็วและการกู้คืนที่รวดเร็วเป็นพิเศษส่วนใหญ่ต่ำกว่า 20A อยู่ในรูปแบบของแพ็คเกจ TO-220 จากมุมมองของโครงสร้างภายใน สามารถแบ่งออกเป็นท่อเดี่ยวและท่อตรงข้าม (หรือที่เรียกว่าท่อคู่) มีไดโอดฟื้นตัวเร็วสองตัวอยู่ภายในหลอดคู่หนึ่ง ตามวิธีการเชื่อมต่อที่แตกต่างกันของไดโอดสองตัว มีสองประเภทคือแคโทดทั่วไปกับหลอดและแอโนดทั่วไปกับหลอด ไดโอดกู้คืนอย่างรวดเร็วที่มี AMP หลายสิบตัวมักบรรจุอยู่ใน-3กล่องโลหะ ท่อที่มีความจุมากกว่า (ตั้งแต่หลายร้อยถึงหลายพัน a) จะถูกบรรจุในรูปแบบของสลักเกลียวหรือแผ่นเพลท
วิธีทดสอบ
วิธีทดสอบตามปกติ
ภายใต้เงื่อนไขของมือสมัครเล่น มัลติมิเตอร์สามารถตรวจจับค่าการนำไฟฟ้าทิศทางเดียวของไดโอดที่คืนค่าอย่างรวดเร็วและไดโอดที่คืนค่าได้เร็วเป็นพิเศษ รวมทั้งดูว่ามีวงจรเปิดและความผิดพลาดของไฟฟ้าลัดวงจรอยู่ภายในหรือไม่ และสามารถวัดแรงดันตกคร่อมการนำไปข้างหน้าได้ หากติดตั้งเม็กเกอร์ ก็สามารถวัดแรงดันพังทลายย้อนกลับได้เช่นกัน
ตัวอย่าง: วัดไดโอดที่กู้คืนเร็วมาก และพารามิเตอร์หลักคือ: TRR=35ns, if=5a, IFSM=50a, VRM=700V หมุนมัลติมิเตอร์ไปที่ R × ในเกียร์ 1 ค่าความต้านทานที่อ่านได้คือ 6.4l, n=19.5l ความต้านทานย้อนกลับนั้นไม่มีที่สิ้นสุด นอกจากนี้ จะได้ VF=0.03V/ × 19.5=0.585V พิสูจน์ว่าท่อดี
เรื่องที่ต้องให้ความสนใจ:
หลอดเดียวบางอันมีทั้งหมดสามพิน และพินกลางเป็นพินเปล่า ซึ่งมักจะถูกตัดออกเมื่อออกจากโรงงาน แต่บางอันก็ไม่ถูกตัดออก
หากท่อใดท่อหนึ่งชำรุดสามารถใช้เป็นท่อเดียวได้
ต้องใช้ R เมื่อวัดแรงดันผ่าน x เกียร์ 1 หากใช้ R × ที่เกียร์ 1K เนื่องจากกระแสทดสอบน้อยเกินไป ซึ่งต่ำกว่ากระแสทำงานปกติของท่อมาก ค่า VF ที่วัดได้จะต่ำกว่ามาก ในตัวอย่างข้างต้น ถ้าเลือก R × วัดที่เกียร์ 1K แนวต้านข้างหน้าจะเท่ากับ 2.2k และในขณะนี้ n=9 ตาราง ค่า VF ที่คำนวณได้มีค่าเพียง 0.27v ซึ่งต่ำกว่าค่าปกติมาก (0.6V)
เวลาการกู้คืนของไดโอดการกู้คืนอย่างรวดเร็วคือ 200-500ns;
เวลาการกู้คืนของไดโอดเร็วมากคือ 30-100ns;
เวลาในการฟื้นตัวของไดโอด Schottky คือประมาณ 10ns;
นอกจากนี้แรงดันไฟฟ้าไปข้างหน้าก็แตกต่างกันเช่นกัน Schottky < ฟื้นตัวเร็ว < ประสิทธิภาพสูง