Diodo Schottky

O diodo schottky es otro tipo de diodo semiconductor que puede utilizarse en todo tipo de rectificación, conmutación y formación de ondas, idéntico a algún otro diodo de unión. La principal ventaja es que la caída de tensión directa de un diodo Schottky es considerablemente menor que los 0,7 voltios del tradicional diodo de unión PN de silicio.

Los diodos Schottky tienen muchas finalidades útiles, desde la rectificación, el acondicionamiento de la señal y la conmutación, hasta las puertas lógicas TTL y CMOS, gracias sobre todo a su bajo consumo de energía y su rápida velocidad de conmutación.

También pueden utilizarse en muchas de las finalidades idénticas a las de los típicos diodos de unión PN y tienen muchas alternativas de uso, especialmente en la lógica digital, la energía renovable y los paneles fotovoltaicos.

¿Qué es un diodo Schottky?

O diodo schottky (también llamado diodo de barrera schottky o diodo de barrera de tierra) es otro tipo de diodo semiconductor formado por la unión de un acero con un semiconductor. Esta unión se conoce como unión metal-semiconductor o unión M-S. Esta unión tiene una caída de tensión directa menor (de 0,15 a 0,45 V) que el diodo de unión P-N y puede utilizarse para fines de conmutación de radiofrecuencia (RF) y de alta velocidad.

El diodo schottky recibe su nombre del físico alemán Walter H. Schottky.

Sin embargo, un diodo de unión PN de silicio tiene una tensión directa típica de 0,6-0,75 V, mientras que la tensión directa Schottky es de 0,15-0,45 V.

Esta disminución de la tensión directa permite que los diodos Schottky se enciendan y apaguen mucho más rápido que los diodos de unión p-n. Además, el diodo schottky produce mucho menos ruido no deseado que el diodo de unión p-n. Estas dos características del diodo schottky lo hacen muy útil en los circuitos de potencia de conmutación de alta velocidad.

La unión en un diodo schottky está formada por acero (equivalente a oro, tungsteno, cromo, platino, molibdeno o siliciuros seguros) y un semiconductor de silicio dopado de tipo N.

En este caso, el ánodo es la cara de acero y el cátodo es la cara de semiconductor.

Imagen del diodo Schottky

La imagen del diodo Schottky se basa en la imagen del diodo esencial. La imagen Schottky se diferencia de las distintas formas de diodos por la adición de dos patas más a la barra de imagen.

símbolo del diodo schottky

Construcción de diodos Schottky

A diferencia de un diodo de unión pn tradicional, que consta de una pieza de material de tipo P y otra de material de tipo N, los diodos Schottky se construyen con un electrodo de acero unido a un semiconductor de tipo N. Al estar construido con un compuesto de acero en una cara de la unión y silicio dopado en la cara opuesta, el diodo Schottky no tiene capa de agotamiento y se clasifica como un sistema unipolar, no como los típicos diodos de unión pn, que son artilugios bipolares.

El acero de contacto más típico utilizado para la construcción de diodos Schottky es el «siliciuro», que es un compuesto de silicio y acero extremadamente conductor. Este contacto metal-silicio silicificado tiene un valor de resistencia óhmica bastante bajo, lo que permite una presencia extra en la circulación y produce una caída de tensión directa decreciente de aproximadamente Vƒ

estructura del diodo schottky

Se ha demostrado que se trata de una construcción simplificada por la que un semiconductor de silicio de tipo n silenciosamente dopado se une a un electrodo de acero para proporcionar lo que se denomina una «unión metal-semiconductor».

La amplitud, y por tanto las características eléctricas, de esta unión metal-semiconductor dependerá en gran medida del tipo de acero compuesto y de los materiales semiconductores utilizados en su construcción, sin embargo, cuando está en polarización directa, los electrones se transfieren desde los materiales de tipo n al electrodo de acero permitiendo su circulación. Debido a este hecho, el presente por medio del diodo Schottky es el resultado de la desviación de la portadora de masa.

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Como no hay material semiconductor de tipo p y debido a este hecho no hay portadores minoritarios (huecos), cuando se pone en polarización inversa, la conducción del diodo se detiene en poco tiempo y pasa a la circulación presente en la presa, como en el caso de un diodo de unión pn tradicional. Debido a este hecho, un diodo Schottky tiene una respuesta muy rápida a los ajustes de la polarización y demuestra las características de un diodo rectificador.

Funcionamiento del diodo Schottky

Diodo Schottky no polarizado

diodo schottky no polarizado

Cuando el acero se une al semiconductor de tipo n, los electrones del banda de conducción (electrones libres) del semiconductor tipo n se transfieren del semiconductor tipo n al acero para determinar un estado de equilibrio.

Todos sabemos que cuando un átomo insensible pierde un electrón se convierte en un ion optimista y que cuando un átomo insensible presenta un electrón adicional se convierte en un ion destructivo.

Los electrones de la banda de conducción, o los electrones libres que cruzan el enlace, presentarán electrones adicionales a los átomos de acero. Como resultado, los átomos del enlace del acero adquieren más electrones y los átomos del enlace del lado n pierden electrones.

Los átomos que pierden electrones dentro del enlace n se convertirán en iones optimistas, mientras que los átomos que adquieren más electrones dentro del enlace acero se convertirán en iones destructivos. Así, se crean iones optimistas en el enlace del lado n e iones destructivos en el enlace del acero. Estos iones optimistas y destructivos no son más grandes que el área de agotamiento.

Como el acero tiene un mar de electrones libres, la anchura sobre la que estos electrones se transfieren al acero es insignificante comparada con la anchura contenida en el semiconductor tipo n. Debido a este hecho, el potencial embebido o la tensión embebida es principalmente la corriente contenida en el semiconductor tipo n. La tensión embebida es la barrera que ven los electrones dentro de la banda de conducción del semiconductor tipo n cuando intentan maniobrar hacia el acero.

Para superar esta barrera, los electrones libres necesitan más vitalidad que la tensión incorporada. En un diodo schottky no polarizado, sólo una pequeña variedad de electrones circula desde el semiconductor de tipo n hasta el acero. La tensión incorporada impide la circulación de electrones desde la banda de conducción del semiconductor hacia el acero.

El desplazamiento de los electrones libres desde el semiconductor de tipo n hacia el acero da lugar a una banda de vitalidad que se dobla cerca del contacto.

Diodo Schottky en polarización directa

diodo schottky de polarización directa

Si el terminal optimista de la pila está relacionado con el acero y el terminal destructivo de la pila está relacionado con el semiconductor de tipo n, se afirma que el diodo schottky está en polarización directa.

Cuando se utiliza una tensión de polarización directa para el diodo schottky, se generan numerosos electrones libres dentro del semiconductor de tipo n y dentro del acero. Sin embargo, los electrones libres dentro del semiconductor tipo n y el acero no pueden cruzar la unión hasta que la tensión utilizada sea superior a 0,2 voltios.

Si la tensión utilizada es superior a 0,2 voltios, los electrones libres adquieren una gran vitalidad y superan la tensión incorporada de la zona de agotamiento. Como resultado, el presente eléctrico comienza a circular a través del diodo schottky.

Si la tensión utilizada se eleva repetidamente, la zona de agotamiento se vuelve muy fina y acaba desapareciendo.

Diodo Schottky en polarización inversa

diodo schottky de polarización inversa

Si el terminal destructivo de la pila está relacionado con el acero y el terminal optimista de la pila está relacionado con el semiconductor de tipo n, se afirma que el diodo schottky tiene un sesgo inverso.

Cuando se utiliza una tensión de polarización inversa para el diodo schottky, la anchura del área de agotamiento aumentará. Como consecuencia, el regalo eléctrico dejará de fluir. Sin embargo, una pequeña fuga de los presentes fluye como resultado de los electrones excitados térmicamente dentro del acero.

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Si la tensión de polarización inversa se eleva repetidamente, el presente eléctrico aumentará constantemente debido al punto débil de la barrera.

Si la tensión de polarización inversa es enormemente alta, se produce una mejora repentina del presente eléctrico. Esta mejora repentina de la corriente eléctrica hace que se interrumpa la zona de agotamiento, lo que puede dañar completamente el sistema.

Curva de atributos del diodo Schottky

curva característica del diodo schottky

Como podemos ver, la forma general de las trazas I-V del diodo Schottky es similar a la de un típico diodo de unión PN, además del rincón a la que el diodo Schottky empieza a conducir es mucho menor, unos 0,4 voltios.

Debido a esta disminución del valor, el presente directo de un diodo Schottky de silicio será a menudo el de un típico diodo de unión pn, dependiendo del electrodo de acero utilizado. Recuerda que la ley de Ohm nos dice que la energía es igual a voltios por amperios, (P = V*I) por lo que una caída de tensión directa para un diodo determinado presente, ID producirá mucha menos disipación directa de energía dentro del tipo de calor, a través de la unión.

Esta disminución de la pérdida de potencia hace que el diodo Schottky sea una buena selección en los paneles fotovoltaicos de baja tensión y alta corriente, donde la caída de tensión directa (VF) en un típico diodo de unión pn produciría un impacto de calentamiento extremo.

Sin embargo, debe ser famoso que la fuga inversa se presenta (IR) de un diodo Schottky suele ser mucho mayor que el de un diodo de unión pn.

Distinción entre el diodo Schottky y el diodo de unión P-N

La principal distinción entre el diodo schottky y el diodo de unión p-n es la siguiente:

Diodo SchottkyDiodo de unión PN
En este diodo, la unión se forma entre el semiconductor de tipo n y la placa de aceroEn este diodo, la unión se forma entre el semiconductor de tipo p y el de tipo n
La caída de tensión directa es bajaLa caída de tensión directa es excesiva
La pérdida de restauración inversa y el tiempo de restauración inversa son demasiado pequeñosLa pérdida de restauración inversa y el tiempo de restauración inversa son excesivos
Es un sistema unipolarEs un sistema bipolar
La conducción presente se produce únicamente por el movimiento de los electronesLa conducción actual se produce por el movimiento de electrones y huecos
Velocidad de conmutación rápidaVelocidad de conmutación lenta
diodo schottky vs diodo de unión pn

Ventajas del diodo Schottky

  • Baja capacitancia de unión: Todos sabemos que la capacitancia es la energía para vender al por menor un gasto eléctrico. En un diodo de unión P-N, el área de agotamiento está formada por el gasto ahorrado. Debido a este hecho, existe una capacitancia. Esta capacitancia es la corriente en la unión del diodo. Debido a este hecho, se denomina capacitancia de unión. Dentro del diodo schottky, el gasto ahorrado o el área de agotamiento es insignificante. Debido a este hecho, un diodo schottky tiene una capacitancia realmente baja.
  • Tiempo de restauración inversa rápida: El tiempo que tarda un diodo en pasar del estado ON al estado OFF se llama tiempo de restauración inversa.
  • Para pasar del estado ON (conductor) al estado OFF (no conductor), los costes ahorrados en la zona de agotamiento deben descargarse o eliminarse antes de que el diodo pase al estado OFF (no conductor).
  • El diodo de unión P-N no pasa instantáneamente del estado ON al estado OFF, ya que tarda un tiempo en descargar o eliminar los gastos ahorrados dentro de la zona de agotamiento. Sin embargo, dentro del diodo Schottky, el área de agotamiento es insignificante. Debido a este hecho, el diodo Schottky pasa instantáneamente del estado ON al estado OFF.
  • Excesiva Densidad de Presencia: Todos sabemos que el área de agotamiento es despreciable dentro del diodo schottky. Debido a este hecho, el dispositivo de un pequeño voltaje es suficiente para proporcionar un gran regalo.
  • Baja caída de tensión directa o baja tensión de activación: La tensión del diodo schottky puede ser muy pequeña comparada con la del diodo de unión P-N. La tensión de activación del diodo Schottky es de 0,2 a 0,3 voltios, mientras que la del diodo de unión P-N es de 0,6 a 0,7 voltios. Por ello, basta con utilizar una pequeña tensión para suministrar la electricidad presente en el interior del diodo Schottky.
  • Sobreeficacia
  • Los diodos Schottky funcionan a frecuencias excesivas.
  • El diodo Schottky produce mucho menos ruido no deseado que el diodo de unión P-N.
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Algunas de las grandes ventajas del diodo Schottky implican que su eficiencia puede superar con creces a otros diodos en muchos ámbitos.

Desventajas del diodo Schottky

  • Saturación inversa gigante presente: el diodo Schottky produce una saturación inversa presente mayor que el diodo de unión p-n.

Funciones del diodo Schottky

Los diodos Schottky se utilizan ampliamente en el negocio de la electrónica, descubriendo que muchos hacen uso de diodos rectificadores. Sus propiedades distintivas permiten su uso en una variedad de propósitos en los que otros diodos no serían capaces de proporcionar el mismo nivel de eficiencia. En concreto, se utiliza en áreas equivalentes a:

  • Diodo mezclador de RF y detector: El diodo Schottky es una pieza realmente útil para fines de radiofrecuencia debido a su excesiva velocidad de conmutación y a su funcionalidad de frecuencia excesiva. Debido a este hecho, los diodos de barrera Schottky se utilizan en muchos mezcladores de diodos de anillo de alto rendimiento. Además, su baja tensión de encendido y su baja capacitancia de unión hacen que este diodo sea excelente para su uso en detectores de RF.
  • Rectificador de potencia: Los diodos Schottky se utilizan además como rectificadores de alta potencia. Su excesiva densidad de presencia y su baja caída de tensión de avance implican un desperdicio de energía mucho menor que si se hubieran utilizado diodos de unión PN extraños. Esta alta eficiencia implica que hay que disipar mucho menos calor y se pueden utilizar disipadores más pequeños, ahorrando peso y valor.
  • Circuitos de energía: Los diodos Schottky pueden utilizarse cuando una carga es empujada por dos fuentes de alimentación completamente diferentes. Un ejemplo es probablemente una fuente de alimentación de red y una fuente de alimentación de batería. En estas circunstancias, es obligatorio que la energía de una fuente no entre en la contraria. Esto se puede conseguir utilizando diodos. Sin embargo, es muy importante reducir la caída de tensión a través de los diodos para garantizar la mayor eficiencia posible. Como para muchos otros fines, este diodo es bueno para esto debido a su baja caída de tensión en la parte delantera.
    Los diodos Schottky suelen tener una fuga inversa excesiva. Esto provocará problemas en los circuitos de detección utilizados. Las fugas en los circuitos de impedancia excesiva pueden dar lugar a lecturas falsas. Debido a este hecho, hay que tenerlo en cuenta a la hora de diseñar los circuitos.
  • Panel fotovoltaico: Los paneles fotovoltaicos suelen estar relacionados con baterías recargables, normalmente baterías de plomo-ácido, ya que la energía también puede ser deseada las 24 horas del día y la energía solar no puede obtenerse en cualquier momento. Los paneles fotovoltaicos no prefieren la carga inversa, por lo que se necesita un diodo en conjunto con los paneles fotovoltaicos. Cualquier caída de tensión provocará una disminución de la eficacia y por ello es necesario un diodo de baja tensión. Al igual que en otros fines, la caída de tensión del diodo Schottky es muy útil, por lo que es el tipo de diodo más popular en esta utilidad.

El diodo Schottky se utiliza para muchos fines. Su singularidad es que se utiliza para cada detección de señales de muy baja potencia y rectificación de potencia excesiva. Las propiedades del diodo Schottky lo hacen adecuado para su uso en cada extremo del espectro.

El diodo Schottky puede utilizarse en diferentes aparatos, desde fotodiodos hasta MESFET. Por tanto, este tipo de diodo no sólo se utiliza en muchos circuitos en su forma discreta, sino que puede ser una parte importante de muchas piezas y ciencias aplicadas diferentes.

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