دیود شاتکی چیست ؟

دیود یک قطعه الکترونیکی دو ترمینال است که عمدتاً الکتریسیته را در یک جهت هدایت می کند. همانطور که می دانیم یک دیود ایده آل در یک جهت مقاومت صفر و در جهت معکوس مقاومت بی نهایت خواهد داشت. انواع مختلفی از دیود ها وجود دارد، یعنی دیود های ساطع کننده نور، دیود های زنر، دیود های نوری، دیود های شاتکی، دیود های بهمنی، دیود های اتصال PN و بسیاری دیگر. در این مقاله، قرار است با جزئیات دیود شاتکی آشنا شویم. دیود شاتکی نوعی دیود اتصال فلزی نیمه هادی است که به دیود حامل گرم، دیود ولتاژ پایین یا دیود سد شاتکی نیز معروف است. دیود شاتکی از اتصال یک نیمه هادی با یک فلز تشکیل می شود. دیود شاتکی عملکرد سوئیچینگ سریع را ارائه می دهد و افت ولتاژ رو به جلو پایینی دارد. همانطور که می دانیم در یک دیود اتصال PN، نوع p و نوع n به یکدیگر متصل می شوند تا یک اتصال PN را تشکیل دهند. در حالی که در دیود شاتکی از فلزاتی مانند پلاتین یا آلومینیوم به جای نیمه هادی های نوع P استفاده می شود.

ساختار دیود شاتکی

ساختار دیود شاتکی از الکترود های فلزی ساخته شده است که به یک نیمه هادی نوع N متصل هستند به جای انواع معمولی نوع P و N، این الکترود های فلزی از تخلیه لایه ها جلوگیری می کنند. از این پس، این یک دستگاه تک قطبی پایدار ایجاد می کند که از نظر ساختاری بسیار پایدارتر از دستگاه های دو قطبی معمولی است. انتهای فلزی را آند و نیمه هادی نوع N را کاتد نشان می دهیم. علاوه بر این، این یک مسیر واحد جریان از آند (فلز) به کاتد (نیمه هادی) بدون هیچ جریان برگشتی ایجاد می کند. نیمه هادی مورد استفاده ترکیبی است که از ترکیب سیلیکون و فلز حاصل می شود و در محصول نهایی بسیار رسانا به نام سیلیسید ایجاد می شود. در واقع، توانایی رسانایی بالا سیلیسید منجر به مقاومت بسیار کم اهم می شود که باعث افزایش جریان جریان می شود. با این حال، جریان بالاتر، یک افت ولتاژ رو به جلو بسیار کوچک Vf کمتر از 0.3 تا 0.45 V ایجاد می کند. افت ولتاژ رو به جلو هر ترکیب فلز سیلیس بر اساس رسانایی فلز مذکور با یکدیگر متفاوت است. به طور کلی بین 0.3 ولت تا 0.5 ولت در نوسان است.

ویژگی‌های خاص دیود شاتکی 

چند مورد از مزایا و ویژگی های خاص دیود شاتکی به شرح زیر است:
-ظرفیت دیود کم است زیرا منطقه تخلیه دیود ناچیز است.
-زمان بازیابی معکوس دیود بسیار سریع است، یعنی تغییر از حالت روشن به خاموش سریع است.
-چگالی جریان دیود زیاد است زیرا منطقه تخلیه ناچیز است.
-ولتاژ روشن شدن دیود 0.2 تا 0.3 ولت است که بسیار کم است.
-به دلیل عدم وجود جریان از فلز به نیمه هادی نوع N، به عنوان یک دستگاه تک قطبی عمل می کند. در حالی که دیود اتصال PN یک دستگاه دوقطبی است.
-این فلز هیچ سوراخی ندارد، هیچ شارژی ذخیره نمی کند. به همین دلیل، دیود شاتکی این مزیت را دارد که سریع با نویز نسبتا کم سوئیچ شود.
-در مقایسه با دیود PN دارای پتانسیل مانع کم است.

بایاس دیود شاتکی

یک دیود معمولی نیمه هادی های نوع p و نوع n را برای تشکیل یک اتصال p-n ترکیب می کند. در دیود شاتکی، فلز جایگزین نیمه هادی نوع p می شود. این فلز می تواند از پلاتین تا تنگستن، مولیبدن، طلا و غیره متغیر باشد. هنگامی که فلز با یک نیمه هادی نوع n ترکیب می شود، اتصال m-s تشکیل می شود. این اتصال به عنوان یک مانع شاتکی نامیده می شود. رفتار مانع شاتکی بسته به اینکه دیود در حالت بی طرف، بایاس رو به جلو یا بایاس معکوس باشد، متفاوت خواهد بود.

دیود شاتکی بدون بایاس

در حالت بی طرفانه، الکترون های آزاد از نیمه هادی نوع n به سمت فلز حرکت می کنند تا تعادل برقرار کنند. این جریان الکترون ها سد شاتکی را ایجاد کرد که در آن یون های منفی و مثبت به هم می رسند. الکترون های آزاد برای غلبه بر این مانع به انرژی بیشتری نسبت به ولتاژ داخلی خود نیاز دارند.

بایاس رو به جلو دیود شاتکی

اتصال ترمینال مثبت باتری به فلز و ترمینال منفی به نیمه هادی نوع n یک حالت بایاس رو به جلو ایجاد می کند. در این حالت، اگر ولتاژ اعمال شده بیشتر از 0.2 ولت باشد، الکترون ها می توانند از اتصال از نوع n به فلز عبور کنند. این منجر به جریانی می شود که برای اکثر دیودها معمول است.

بایاس معکوس دیود شاتکی

اتصال قطب منفی باتری به فلز و ترمینال مثبت به نیمه هادی نوع n حالت بایاس معکوس ایجاد می کند. این حالت مانع شاتکی را گسترش می دهد و از جریان جریان الکتریکی جلوگیری می کند. با این حال، اگر ولتاژ بایاس معکوس همچنان به افزایش خود ادامه دهد، در نهایت می تواند مانع را بشکند. انجام این کار باعث می شود جریان در جهت معکوس جریان یابد و ممکن است به قطعه آسیب برساند. ما در اینجا دیدیم که دیود شاتکی که به نام دیود سد شاتکی نیز شناخته می‌شود، یک دیود نیمه‌ رسانای حالت جامد است که در آن یک الکترود فلزی و یک نیمه‌رسانای نوع n، پیوند ms دیود ها را تشکیل می‌دهند که دو مزیت عمده نسبت به دیود های پیوند pn سنتی، سرعت سوئیچینگ سریع‌تر و بایاس رو به جلو پایین‌تر دارد. دیود های شاتکی به سرعت در حال تبدیل شدن به دستگاه یکسو سازی ترجیحی در کاربردهای ولتاژ پایین و جریان بالا برای استفاده در انرژی های تجدید پذیر و کاربردهای پنل خورشیدی هستند. امیدواریم با ارائه این مقاله، اطلاعات مفیدی را در اخیار شما گذاشته باشیم.