الشوتكي دايود Schottky diode
 |
| الشوتكي دايود Schottky diode |
وصلة شوتكي أو دايود شوتكيSchottky diode هي أحد المكونات الإلكترونية وهي نوع خاص من وصلة بي إن دايود حيث يقوم معدن مقام شبه الموصل نوع بي في الوصلة، تتكون في وصلة p-n تقليدية من شبه موصل مشوب بمادة فقيرة الإلكترونات فتكون حاملة ثغرات موجبة الشحنة وتسمى نوع p ، وتوصل معها شبه موصل مشوب بذرات غنية بالإلكترونات، وينتج منها النوع n تكثر فيها الإلكترونات وتصبح سالبة الشحنة، ويتكون الصمام الثنائي من جزئين أحدهما النوع p والآخر من النوع n وهكذا تنتج الوصلة p-n وصلة شوتكي تستعيض عن النوع p بمعدن.
ما هو الشوتكي دايود (Schottky diode)؟
يعرف أيضا باسم الصمام الثنائي الحامل الساخن واسم الناقل الساخن أو الصمام الثنائي الحاجز شوتكي، وهو عبارة عن تقاطع معدني لأشباه الموصلات لا يخزن ناقلات الشحن عند التقاطع لأنه لا يحتوي على طبقة استنفاد ويجد التطبيق الخاص به حيث يلزم التبديل السريع .
فهو عبارة عن صمام ثنائي أشباه الموصلات له إجراء تحويل سريع للغاية ، ولكن انخفاض الجهد الأمامي المنخفض عندما يتدفق التيار عبر الصمام الثنائي هناك انخفاض صغير في الجهد عبر محطات الصمام الثنائي.
ففي الصمام الثنائي العادي يتراوح انخفاض الجهد بين 0.6 إلى 1.7 فولت بينما يتراوح انخفاض الجهد في الصمام الثنائي شوتكي عادة بين 0.15 و 0.45 فولت، يوفر انخفاض الجهد المنخفض هذا سرعة تحويل أعلى وكفاءة أفضل للنظام.
في الصمام الثنائي شوتكي يتشكل تقاطع شبه موصل-معدن بين أشباه الموصلات والمعدن مما يؤدي إلى إنشاء حاجز شوتكي يعمل أشباه الموصلات من النوع N ككاثود ويعمل الجانب المعدني كأنود للديود.
رمز الشوتكي دايود
 |
| رمز الشوتكي دايود Schottky diode |
يشبه رمز الصمام الثنائي Schottky الصمام الثنائي العادي للوصل PN فيما عدا الشريط المعدل على شكل حرف (S).
بنية الشوتكي دايود
يتكون من المعدن وأشباه الموصلات حيث يتم استخدام المعدن مثل الذهب أو الفضة أو الموليبدينوم أو التنجستن أو البلاتين، ويستخدم نوع N- أشباه الموصلات عادة يتم استخدام الغاليوم كأشباه موصلات للديود شوتكي على الرغم من أنه يمكن استخدام السيليكون لتشغيل الترددات المنخفضة.
فكرة عمل الدايود الشوتكي
على عكس الصمام الثنائي PN الوصلة فإن الصمام الثنائي Schottky يحتوي على الإلكترون كحامل أغلبية في المنطقة المعدنية وكذلك في منطقة أشباه الموصلات، لذلك لا يعمل الصمام الثنائي Schottky مثل أي صمام ثنائي PN عادي، يتم وصف تشغيل الصمام الثنائي Schottky في كل مرحلة أدناه.
ديود شوتكي Schottky diode غير متحيز
في حالة غير متحيزة لا يوجد مصدر جهد متصل بالصمام الثنائي، ولا يوجد فرق محتمل عبر الصمام الثنائي شوتكي.
كما نعلم أن الصمام الثنائي Schottky مصنوع من مزيج من أشباه الموصلات من النوع N والمعدن تحتوي المعادن على إلكترونات حرة ولكن شحنتها الكلية محايدة من ناحية أخرى تحتوي أشباه الموصلات من النوع N على كمية زائدة من الإلكترونات الحرة وبالتالي تحتفظ بشحنة سالبة.
تتدفق الإلكترونات من أشباه الموصلات عبر التقاطع إلى المعدن أثناء توليفه عندما تقبل ذرة محايدة إلكترونا تصبح سالبة الشحنة على العكس من ذلك عندما تفقد الإلكترون فإنها تصبح موجبة الشحنة، لذلك تصبح طبقة الذرات في الجانب المعدني من التقاطع سالبة الشحنة وبالتالي يتم تكوين طبقة موجبة الشحنة في جانب أشباه الموصلات من التقاطع تسمى هذه الطبقة من الشحنات الموجبة والسالبة منطقة النضوب.
تشكل منطقة النضوب نوعا من حاجز الجهد لحاملات الشحن في أشباه الموصلات، يحتوي هذا الحاجز على إمكانات داخلية وهو حد يجب تجاوزه لبدء التوصيل عبر التقاطع تعتمد الإمكانات المدمجة على عرض الحاجز نظرا لأن المعدن مليء بالإلكترونات الحرة فإن عرض الحاجز يكون ضئيلا على الجانب المعدني منه على جانب أشباه الموصلات من النوع n بسبب هذا الحاجز الصغير فإن الجهد المدمج أو الجهد المدمج صغير جدا.
من أجل بدء توصيل ناقلات الشحنة عبر التقاطع يجب أن يتغلب الجهد المحتمل المطبق على هذا الجهد المدمج، ينتج عن هذا انخفاض الجهد الأمامي المنخفض عبر الصمام الثنائي شوتكي.
الصمام الثنائي شوتكي Schottky diode المنحاز إلى الأمام
في حالة التحيز الأمامي يتم توصيل معدن الصمام الثنائي Schottky بالطرف الموجب للبطارية بينما يتم توصيل أشباه الموصلات من النوع n بالطرف السالب للبطارية.
بسبب الجهد المطبق تتولد الإلكترونات الحرة في منطقة أشباه الموصلات ومع ذلك لا يمكن للإلكترونات تجاوز الحاجز ما لم يتجاوز الجهد المطبق حد الجهد الداخلي، بالنسبة لمعظم ثنائيات شوتكي يكون جهد الحاجز حوالي 0.2 فولت فعندما يتجاوز الجهد المطبق 0.2 فولت تحصل الإلكترونات على طاقة كافية لتمرير الحاجز مع زيادة الجهد تصبح منطقة النضوب أرق وتختفي.
الصمام الثنائي شوتكي Schottky diode المنحاز انحياز عكسي
في حالة التحيز العكسي يتم توصيل الطرف السالب للبطارية بمعدن الصمام الثنائي Schottky ويتم توصيل الطرف الموجب بأشباه الموصلات من النوع n، يشكل التحيز العكسي الحاجز الذي يزداد عرضه مع زيادة الجهد العكسي، يوقف التحيز العكسي التوصيل الحالي ولكن لا يزال هناك تيار تسرب صغير جدا ومع ذلك يمكن أن يرتفع تيار التسرب تدريجيا بسبب زيادة الجهد العكسي ولكن هناك حد إذا تجاوز الجهد حدا معينا فإن الحاجز ينهار بشكل دائم ويبدأ التيار في التدفق في الاتجاه العكسي، يؤدي هذا الانهيار العكسي إلى إتلاف الأجهزة بشكل دائم.
يتمتع الصمام الثنائي Schottky بوقت استرداد قصير جدا مقارنة بالديود PN لأن التيار يرجع فقط إلى إلكترونات حاملات الشحنة الأكبر، ونجده يوقف التوصيل بسرعة عندما ينعكس الجهد.
خصائص الشوتكي دايود
- إن التيار يبدأ في الزيادة عند جهد أمامي منخفض للغاية بينما في حالة تقاطع PN يبدأ هذا التيار في الزيادة بعد توفير جهد أمامي مرتفع بدرجة كافية وبالمثل فإن الجهد العكسي الذي يبدأ عنده التيار في الزيادة منخفض أيضا في حالة الصمام الثنائي شوتكي وبالتالي فإن جهد الانهيار العكسي منخفض أيضا.
- يعتبر انخفاض الجهد الأمامي في الصمام الثنائي الحاجز شوتكي منخفضا جدا مقارنة بصمام التوصيل العادي PN.
- يتراوح انخفاض الجهد الأمامي من 0.3 فولت إلى 0.5 فولت.
- يتكون انخفاض الجهد الأمامي لحاجز شوتكي من السيليكون.
- يزداد انخفاض الجهد الأمامي في نفس الوقت مما يزيد من تركيز المنشطات لأشباه الموصلات من النوع N.
- تعتبر الخصائص للديود الحاجز Schottky أكثر حدة مقارنة بالخصائص للديود العادي PN الوصلة بسبب التركيز العالي للحوامل الحالية.
مزايا وعيوب الشوتكي دايود
مزايا الشوتكي ديود
فيما يلي بعض مزايا الصمام الثنائي Schottky:
- لديه انخفاض منخفض جدا في الجهد الأمامي أو وقت تشغيل منخفض.
- لديه تبديد منخفض للطاقة عبرها.
- لديها سرعة تحويل عالية.
- يمكن أن يعمل بتردد عال جدا.
- كفاءته أعلى بالمقارنة مع الصمام الثنائي الوصل PN.
- بسبب منطقة النضوب الصغيرة فإن سعة الوصلة منخفضة وكثافة التيار مرتفعة.
- يعمل بهدوء بالمقارنة مع الصمام الثنائي PN.
عيوب الشوتكي دايود
فيما يلي بعض عيوب الصمام الثنائي شوتكي:
- نظرا لانخفاض الجهد الأمامي المنخفض فإن الصمام الثنائي شوتكي يحتوي على تيار تسرب عكسي أعلى مقارنة بصمام ثنائي تقاطع PN.
- لديها جهد انهيار عكسي أقل لذلك لا يمكنها التعامل مع الفولتية العكسية الكبيرة.
- لديها معدل الجهد العكسي المنخفض نسبيا.
- لديها تيار تشبع عكسي كبير.
تطبيقات الشوتكي دايود Schottky Diode Applications
يستخدم Schottky diode فقط PN diode للتبديل وخاصة لخسائره المنخفضة وسرعته العالية، فيما يلي بعض تطبيقات الصمام الثنائي Schottky.
- يتم استخدامه في مقومات عالية السرعة عالية الطاقة .
- يتم استخدامه في تطبيقات الترددات العالية (ترددات الراديو) مثل خلاط وكاشف الترددات اللاسلكية.
- يتم استخدامه ككاشف إشارة في دائرة مزيل التشكيل FM.
- بسبب الخسائر المنخفضة وسرعة التحويل العالية يتم استخدامه في الدوائر المنطقية TTL في الأجهزة الرقمية.
- يتم استخدامه في دوائر المشابك الجهد.
- نظرا لجهدها الأمامي المنخفض يتم استخدامه في الأنظمة الكهروضوئية (الخلايا الشمسية) لمنع التيار العكسي من البطاريات أو الحمل المتصل.
- يتم استخدامه في SMPs (مزودات الطاقة بتبديل الوضع).
- يتم استخدامه للأحمال التي تتطلب أكثر من بطارية حيث يتم استخدامه لمنع تدفق التيار بين البطاريات التي يمكن أن تتلفها.
المصادر