Diodo Schottky: què és i què té especialment

El díode Schottky és un altre dels components electrònics més interessants per als projectes delectrònica. Un tipus molt particular de díode que té algunes particularitats que el fan únic i pràctic per a certes aplicacions. Donades les seves altes velocitats de commutació, també és força emprat en circuits integrats de lògica TTL.

En aquesta guia podràs conèixer què és el díode Schottky, qui el va inventar, les seves propietats, aplicacions, on el pots comprar, etc.

Què és un díode?

Un díode semiconductor és un component electrònic amb 2 terminals que permet la circulació de corrent elèctric a través d'ell, però només en un sentit, bloquejant el pas cap al contrari. Aquestes propietats els fan molt útils per a diverses aplicacions, com ara les fonts d'alimentació. També es pot utilitzar per al control.

Existeixen diversos tipus de díodes, Com per exemple:

• Díode d'allau o TVS, que condueixen en direcció contrària quan el voltatge a contrari supera el voltatge de ruptura.
• Diode LED, capaç d'emetre llum de diferents colors en funció de la composició. Això passa quan els portadors de càrrega passen la unió i emeten fotons.
• Díode d'efecte túnel o Esaki, que permet ampliar senyals i operen a molt altes velocitats. Es poden fer servir en ambients amb temperatures molt baixes, camps magnètics alts, i amb radiació alta a causa de l'alta concentració de càrrega.
• Diode Gunn, similars als de túnel i que produeixen una resistència negativa.
• Diode làser, similar al LED, però pot emetre un feix làser.
• Diode tèrmic, pot servir com a sensor de temperatura, ja que en funció d'aquesta, varia el voltatge.
• fotodíodes, subjectes a portadors de càrrega òptics, és a dir, sensibles a la llum. També es poden utilitzar com a sensors de llum.
• Diode PIN, és com un d'unió normal, però amb una secció central sense dopant. És a dir, una capa intrínseca entre el P i el N. Són usats com a interruptors d'alta freqüència, atenuadors, o detectors de radiació ionitzant.
• díode Schottky, aquest díode és el que ens interessa per a aquest article, és un díode amb metall de contacte que té una tensió de ruptura molt menor als PN.
• Stabistor o díode de referència en directa, capaç de ser extremadament estable en tensió directa.
• Varicap, un díode de capacitat variable.

Què és un díode Schottky?

El díode Schottky va ser batejat així en honor al físic alemany Walter Hermann Schottky, ja que crea una barrera Schottky (metall-semiconductor o unió MS) en comptes d'usar una unió semiconductora convencional. Per això, en alguns llocs el trobaràs sota el nom de díode de barrera Schottky o díode de barrera superficial.

Gràcies a aquesta unió, aquest díode té una caiguda de tensió directa més baixa que el díode PN, i es pot utilitzar en aplicacions de radiofreqüència (RF) i commutació a alta velocitat. A més, una altra diferència amb el díode d'unió PN de silici és que aquest té una tensió directa típica de 0.6-0.75V, mentre que el Schottky és de 0.15-0.45V. Aquesta necessitat inferior de tensió és la que fa que puguin commutar més de pressa.

Tornant al tema de la unió MS, el metall sol ser tungstè, crom, platí, molibdè, alguns siliciurs (molt comuns per ser barats, abundants i tenir una bona conductivitat), o també or, mentre que el semiconductor sol ser silici dopat tipus N, encara que també existeixen altres compostos semiconductors. El costat metàl·lic és l'ànode, mentre que el costat del semiconductor correspon al càtode.

El díode Schottky manca capa d'esgotament, i es classifica com un dispositiu semiconductor unipolar, en comptes de bipolar com els PN. A més, el corrent serà el resultat de la deriva dels portadors majoritaris (electrons) a través del díode, i en no tenir zona P, no hi ha portadors minoritaris (buits), i quan es posa en polarització inversa, la conducció del díode es aturarà gairebé de forma instantània, escanyant el pas de corrent.

Funcionament del díode Schottky

Quant al funcionament del díode Schottky, pot actuar de diverses maneres en funció de la polarització:

• No polaritzat: sense polarització, la unió MS (sent el semiconductor tipus N), els electrons de la banda de conducció o electrons lliures es desplacen del semiconductor al metall per establir un estat dequilibri. Com saps, quan un àtom neutre guanya un electró es converteix en un ió negatiu, i quan el perd es transforma en un ió positiu. Això farà que els àtoms del metall es converteixin en ions negatius i els del costat del semiconductor en positius, actuant com a regions d'esgotament. Com que el metall té molts electrons lliures, l'amplada per la qual els electrons es mouen és insignificant en comparació amb l'amplada dins de la zona tipus N. Això dóna com a resultat que el potencial (tensió) incorporat estigui principalment a la zona N. Aquesta tensió incorporada seria la barrera amb què es topen els electrons de la banda de conducció del semiconductor quan intenta passar al costat del metall (només un petit nombre d'electrons flueix des de S a M). Per poder superar aquesta barrera, els electrons lliures necessiten una energia més gran que la tensió incorporada o no hi haurà corrent.
• polarització directa: quan es connecta el terminal positiu de la font d'energia al terminal del metall (ànode) i el negatiu al semiconductor tipus N (càtode), el díode Schottky queda polaritzat de forma directa. Això genera un gran nombre d'electrons lliures a M i S, però no poden creuar llevat que la tensió aplicada superi els 0.2v, per vèncer aquesta barrera (tensió integrada). És a dir, flueix el corrent.
• polarització inversa: en aquest cas, el terminal negatiu de la font d'energia estarà connectat al costat del metall (ànode), i el positiu al semiconductor tipus N (càtode). En aquest cas, l'amplada de la regió d'esgotament augmenta i el flux de corrent es talla. Encara que no tot el corrent es talla, ja que existeix un petit flux de corrent de fugida a causa dels electrons excitats tèrmicament en el metall. Si s'augmenta la tensió de polaització inversa, el corrent elèctric augmentarà gradualment a causa de l'afebliment de la barrera. I si arriba a cert valor, es produeix un augment sobtat de corrent elèctric, trencant la regió d'esgotament i perjudicant el díode Schottky de forma permanent.

Avantatges i desavantatges del díode Schottky

Com és habitual en qualsevol dispositiu o sistema, sempre teniu els avantatges i els desavantatges. En el cas del díode Schottky són:

Avantatges del díode Schottky

• Capacitància d´unió baixa: en un díode PN la regió d'esgotament està formada per càrregues emmagatzemades i hi ha una capacitància. Al díode Schottky aquestes càrregues són insignificants.
• Temps de recuperació inversa ràpid: és el temps que el díode triga a passar de ON (conductor) a OFF (no conductor), és a dir, la velocitat de commutació. Això té relació amb això, ja que perquè passi d'un estat a un altre les càrregues emmagatzemades a la regió d'esgotament s'han de descarregar o eliminar, com al Schottky són baixes, passarà d'una fase a una altra més ràpid.
• Densitat de corrent alt: una altra conseqüència de l'anterior és que un petit voltatge és suficient per produir un gran corrent pel fet que la zona d'esgotament és gairebé menyspreable.
• Caiguda de tensió directa baixa o tensió d'encesa baixa: és baixa en comparació amb el díode comú d'unió PN, sol ser de 0.2va 0.3v, mentre que els PN solen rondar els 0.6 o 0.7v. És a dir, cal menor voltatge per generar flux de corrent.
• Eficiència elevada: en relació amb això, i això també implica una menor dissipació de calor en circuits d'alta potència.
• Aptes per a altes freqüències: en ser ràpids, poden funcionar bé en aplicacions de RF.
• Menys soroll: el díode Schottky produeix menys soroll no desitjat que els díodes convencionals.

Desavantatges del díode Schottky

Si es compara amb altres díodes bipolars, el díode Schottky només té un desavantatge ressenyable:

• Alta corrent de saturació inversa: produeix un corrent de saturació inversa més gran que un PN.

Diferències amb un díode d'unió PN

Per a més informació sobre el que pot aportar un díode Schottky al teu projecte, pots veure la gràfica anterior amb les corbes dels díodes PN de silici i de GaAs, i els tipus Schottky per a aquests mateixos semiconductors. les diferències més ressenyables són:

Possibles aplicacions del díode Schottky

Els díodes Schottky són molt comuns en multitud de productes electrònics. Les seves propietats úniques i els avantatges davant d'altres díodes fan que tinguin aplicacions tan diverses com:

• Per a circuits de RF.
• Com a rectificadors de potència.
• Per a fonts dalimentació molt diverses.
• En sistemes amb panells solars per protegir-los de la càrrega inversa de les bateries a què solen estar connectats.
• I molt més ...

I per això, poden presentar-se tant de forma independent, com integrats a CIs.

On comprar aquests díodes

Si necessites díodes Schottky per als teus projectes o per començar a experimentar amb ells i comprendre'ls millor, pots trobar-los a diverses botigues especialitzades d'electrònica, i també a Amazon. Aquí tens algunes recomanacions:

• Maletí amb 300 díodes de diferents tipus: rectificadors i Schottky.
• 20 díodes Schottky 15SQ045
• 20 díodes Schottky 1N5817