Schottky-Dioden

Schottky-Dioden – Anfangseigenschaften

Eine Schottky-Diode, auch Barrierediode oder Hot-Carrier-Diode genannt, ist eine Halbleiterdiode, die durch die Kombination eines Halbleiters (im Allgemeinen Silizium) mit einem Metall entsteht. Sie zeichnet sich durch einen geringen Spannungsabfall in Durchlassrichtung (ungefähr 150 bis 500 mV im Vergleich zu 600 bis 700 mV, typisch für eine Sperrschicht-Siliziumdiode) und eine sehr schnelle Signalumschaltung aus. Die in den Anfängen der Funkkommunikation verwendeten Kristalldetektoren und die Metall-Selen-Gleichrichter in frühen Gleichstromversorgungen können als die ersten primitiven Schottky-Dioden angesehen werden.

Struktur einer Schottky-Diode

Bei dieser Diode entsteht eine Barriereverbindung zwischen dem Metall und dem Halbleiter, es entsteht die sogenannte Schottky-Barriere. Übliche Metalle sind Molybdän, Platin, Chrom oder Wolfram; Der Halbleiter ist normalerweise N-Typ-Silizium. Die Metallseite ist die Anode und das Silizium ist die Kathode. Die Wahl der Metall- und Halbleiterkombination bestimmt die Durchlassspannung der Diode. Die Metallschicht wird typischerweise mithilfe physikalischer Vakuumabscheidungsverfahren auf einem Halbleitersubstrat abgeschieden. Aufgrund der geringen Dicke der Metallschicht und der Tatsache, dass sie gleichzeitig als ohmscher Kontakt für die Anode dient, sind Dioden dieses Typs in der Regel weniger durchschlagsfest und in der Regel weniger langlebig als klassische Sperrschichtdioden. Der Barrierenübergang steht in direktem Kontakt mit der temperaturempfindlichen Metallisierung, daher kann eine Schottky-Diode weniger Wärme ableiten als ein entsprechendes PN-Äquivalent gleicher Größe.

Shottki-Diode – Funktionsprinzip

Im Gegensatz zu Sperrschichtdioden handelt es sich bei der Schottky-Diode um ein Majoritätsträgerbauelement – nur Elektronen, deren Überschuss sich im N-Typ-Halbleiter befindet, der die Kathode des Elements darstellt, fungieren in diesem Halbleiterbauelement als Träger des elektrischen Stroms. Die metallische Anode ist elektrisch neutral. Der größte Unterschied zu Dioden mit PN-Übergang ist die Regenerationszeit beim Übergang vom leitenden Zustand in den Barrierezustand. Bei einer Schottky-Diode ist sie viel kürzer, da am Übergang kein Verarmungsbereich vorhanden ist. Aus diesem Grund liegt die Regenerationszeit in einer Schottky-Diode zwischen mehreren hundert Pikosekunden und mehreren Dutzend Nanosekunden, während sie bei gewöhnlichen PN-Dioden zwischen 100 ns und mehreren Mikrosekunden liegt.

Typische Anwendungen von Schottky-Dioden

Schottky-Dioden werden in vielen spezifischen Anwendungen eingesetzt, die ihre einzigartigen Parameter nutzen. Eine typische Anwendung dieser Elemente sind Impulswandler . Eine niedrige Vorwärtsspannung und eine schnelle Erholzeit führen zu einer höheren Effizienz der Stromversorgung. Aufgrund des geringen Spannungsabfalls werden sie auch zum Anschluss redundanter Stromquellen und als Gleichrichterdioden in Impulsumrichtern eingesetzt. Aufgrund der hohen Stromdichte sind diese Elemente auch in Überspannungsschutzsystemen an empfindlichen Eingängen einsetzbar.