Advies

Schottky-Diodes

Dioden behoren tot de oudste elektronische componenten. Hun principe als gelijkrichters voor wisselspanningen werd reeds in 1874 ontdekt door de Duitse natuurkundige Ferdinand Braun. Vanaf de eerste helft van de 20e eeuw veroverden diodes, gemaakt van twee halfgeleiderelementen, de wereld. In 1938 ontwikkelde de Duitse natuurkundige Walter Schottky een alternatieve diode door een van de twee halfgeleiders te vervangen door metaal. Het Schottky-effect, dat naar hem is genoemd, bracht een revolutie teweeg in grote delen van de industriële elektronica.


Hoe werken Schottky-diodes?

Schottky-dioden hebben twee uitstekende eigenschappen: een lage voorwaartse spanningsval en een zeer snel schakelvermogen. Hun elektrisch gedrag komt echter nog steeds overeen met dat van een klassieke halfgeleiderdiode:  Wanneer voldoende spanning wordt aangelegd, vloeit er een stroom in voorwaartse richting.

De metalen die hoofdzakelijk in Schottky-dioden worden gebruikt zijn molybdeen, platina, chroom of wolfraam, alsmede bepaalde siliciden, terwijl de halfgeleider doorgaans bestaat uit silicium. De metaalzijde fungeert als anode en de negatieve halfgeleider als kathode. Er kan dus stroom vloeien van de metaalzijde naar de halfgeleiderzijde, maar niet in de tegenovergestelde richting.

Een silicium diode met een p-n junctie vereist een typische voorwaartse spanning van 600 tot 700 millivolt, terwijl de voorwaartse spanning van een Schottky diode slechts 150 tot 450 millivolt bedraagt. Het belangrijkste verschil tussen de p-n diode en de Schottky diode is echter de omkeertijd wanneer de diode van de geleidende naar de niet-geleidende toestand overgaat.

Voor een p-n diode kan de hersteltijd in de orde van enkele microseconden liggen tot minder dan 100 nanoseconden voor snelle diodes. Schottky-effectdiodes zijn hier veel sneller, omdat zij unipolair zijn en hun snelheid alleen wordt beperkt door de junctiecapaciteit. De schakeltijd bedraagt slechts ongeveer 100 picoseconden voor de diodes met kleine signalen en tot tien nanoseconden voor speciale vermogensdiodes met hoge capaciteit. Met diodes met Schottky-effect is de omschakeling in wezen "ogenblikkelijk" met slechts een kleine capacitieve belasting.


Waarvoor worden Schottky-diodes gebruikt?

De belangrijkste toepassing van Schottky-dioden is de gelijkrichtingsfunctie in schakelende voedingen met frequenties boven 20 kilohertz. Een 50-ampère Schottky-diode, bijvoorbeeld, kan bogen op een voorwaartse spanning van 0,6 volt en een hersteltijd van slechts 10 nanoseconden bij kamertemperatuur. Een gewone halfgeleiderdiode daarentegen heeft een hersteltijd van 30 tot 50 nanoseconden nodig.

Door de lage voorwaartse spanningsval gaat er minder energie verloren in de vorm van warmte. Schottky-componenten worden daarom vaak aangetroffen in fotovoltaïsche systemen. Hier fungeren zij ook als zogenaamde blokkeringsdiodes om te voorkomen dat de accu's 's nachts via de zonnemodules worden ontladen. In netgekoppelde systemen met meerdere parallel geschakelde modules blokkeren zij de sperstroom van naburige beschaduwde modules als de bypass halfgeleiderdiodes zijn uitgevallen.

Schottky-gelijkrichters kunnen ook werken als vermogensdetectoren voor zowel gepulseerde als terahertzstraling. Toepassingen zoals terahertz-beeldvorming profiteren zowel van de snelheid als van de gevoeligheid van Schottky-apparaten. Een speciale versie met hoge bandbreedte leent zich voor de bestudering van ultrasnelle processen - dankzij de mogelijkheid om de amplitudes van afzonderlijke terahertzpulsen op te lossen, zelfs bij de typische herhalingssnelheden van femtoseconde lasers.

Im Vergleich zu Leistungs-p-n-Halbleiterdioden sind Schottky-Typen allerdings weniger robust. Grund: Der Übergang steht in direktem Kontakt mit der thermisch empfindlichen Metallisierung, eine Schottky-Typ kann daher weniger Leistung abführen als ein gleich großes p-n-Pendant, bevor sie ausfällt. Der relative Vorteil der niedrigeren Durchlassspannung verringert sich außerdem bei höheren Durchlassströmen, bei denen der Spannungsabfall durch den Serienwiderstand dominiert wird.


Waar moet u bij de aankoop op letten?

Essentiële criteria voor de keuze van een Schottky-diode zijn de voorwaartse spanning, de voorwaartse stroom, alsmede de achterwaartse spanning en de achterwaartse stroom. De respectieve waarden moeten zo nauwkeurig mogelijk overeenkomen met het ontwerp van de schakeling.

Er moet rekening worden gehouden met de relatief lage sperspanning en de hoge sper-lekstroom. Voor siliciummetaaldiodes Schottky bedraagt de sperspanning gewoonlijk 50 volt of minder. Er zijn versies met een hoger voltage verkrijgbaar, waarbij 200 volt als een hoog sperspanning wordt beschouwd. Aangezien de omgekeerde lekstroom toeneemt met de temperatuur, leidt dit tot een probleem van thermische instabiliteit. Hierdoor wordt de bruikbare sperspanning vaak beperkt tot een waarde die aanzienlijk lager is dan de werkelijke nominale spanning.

Hogere sperspanningen zijn haalbaar, maar zouden een hogere doorlaatspanning hebben, vergelijkbaar met andere typen standaarddiodes. Dergelijke Schottky-types zouden geen voordeel hebben, tenzij een hoge schakelsnelheid is vereist.

Een ander belangrijk criterium is de vorm van de verpakking. Het meest gebruikelijke is het DO formaat, een cilindrische behuizing met axiale bedrading. Deze vorm komt optisch overeen met een normale halfgeleiderdiode, waarbij de positie van de kathode wordt gemarkeerd door een ring. Gelijkrichters voor hogere vermogens worden gewoonlijk radiaal bedraad en hebben een TO-behuizing met een warmteafleider. Via het gat in deze arrester kan het onderdeel worden bevestigd aan de behuizing van het apparaat of worden verbonden met een koellichaam.

Naast versies met twee aansluitdraden of SMD-soldeercontacten zijn ook arrays met drie aansluitingen verkrijgbaar. Deze bevatten twee diode-elementen met afzonderlijke anode-aansluitingen en een gemeenschappelijke aansluiting voor de kathode.


FAQ – Veelgestelde vragen

Wat wordt precies bedoeld met een knooppunt?

In de halfgeleiderfysica is een junctie een isolerend gebied binnen een geleidend, gedopeerd halfgeleidermateriaal. Bewegende ladingsdragers worden weggediffundeerd of weggeduwd door een elektrisch veld. Alleen geïoniseerde onzuiverheden blijven in de junctie achter.

Het knooppunt wordt zo genoemd omdat het gevormd wordt uit een geleidend gebied door alle vrije ladingsdragers te verwijderen zodat er geen overblijven om een stroom te dragen. Inzicht in de junctie is de sleutel tot het verklaren van moderne halfgeleiderelektronica: gelijkrichters, bipolaire transistors, veldeffecttransistors en gelijkrichters met variabele capaciteit zijn alle gebaseerd op junctieverschijnselen.

Wat zijn de voordelen van Schottky-dioden met siliciumcarbide?

Siliciumcarbide heeft een hoog warmtegeleidingsvermogen, en de temperatuur heeft weinig invloed op zijn schakel- en thermische eigenschappen. In een speciaal ontwerp kunnen siliciumcarbide Schottky-dioden werken bij junctietemperaturen van meer dan 200 graden Celsius, waardoor passieve radiatieve koeling in bijvoorbeeld lucht- en ruimtevaarttoepassingen mogelijk wordt.

Conrad Electronic Benelux b.v. heeft uw toestemming nodig voor het gebruik van individuele gegevens, onder meer om de werking van de website te garanderen en om informatie over uw interesses weer te geven. Door op "Akkoord" te klikken geeft u hiermee uw toestemming. Gedetailleerde informatie vindt u in onze verklaring inzake gegevensbescherming.
U heeft de mogelijkheid om uw toestemming in het privacybeleid te allen tijde in te trekken.
Afwijzen
Akkoord