Dans cet article, je vais présenter les avantages des diodes Schottky, leurs applications et ce qui les différencie des autres diodes.
Introduction à la diode Schottky anti-retour
Une diode Schottky anti-retour est un type de dispositif à semi-conducteur qui sert de valve unidirectionnelle pour le courant électrique. Elle est conçue pour empêcher le courant de circuler dans la direction opposée, ce qui pourrait endommager le circuit ou le dispositif. La diode Schottky doit son nom à Walter H. Schottky, qui l'a inventée en 1938.
La diode Schottky anti-retour est couramment utilisée dans les dispositifs électroniques tels que les alimentations électriques, les chargeurs de batterie et les panneaux solaires. Elle est particulièrement utile dans les circuits où il existe un risque de flux de courant inverse en raison de la nature de la charge ou de la source d'alimentation. Par exemple, dans un système de panneaux solaires, la diode peut empêcher la batterie de se décharger à travers les cellules solaires pendant la nuit.
Dans l'ensemble, la diode Schottky anti-retour est un composant essentiel dans de nombreux systèmes électroniques pour garantir un fonctionnement correct et sûr.
Comprendre la tension directe d'une diode Schottky
La chute de tension directe d'une diode Schottky est généralement comprise entre 0,15 et 0,45 volt, ce qui est bien inférieur aux 0,6 à 0,7 volt d'une diode classique. Cette faible chute de tension directe signifie que les diodes Schottky sont plus efficaces pour convertir l'énergie électrique en lumière ou en chaleur. De plus, cette faible chute de tension directe les rend également idéales pour les applications à basse tension.
Comment fonctionne la diode Schottky ?
Une diode Schottky fonctionne en créant une barrière entre un métal et un semi-conducteur. La région métallique est l'électrode positive, et la région semi-conductrice de type N est l'électrode négative. Comme il y a beaucoup d'électrons dans le semi-conducteur et seulement quelques-uns dans le métal, les électrons se diffusent du semi-conducteur vers le métal. Cela crée une barrière de potentiel qui bloque le flux de courant dans le sens inverse. Lorsque le mouvement de dérive des électrons et le mouvement de diffusion atteignent un équilibre, une barrière Schottky se forme.
Un redresseur Schottky classique utilise un substrat semi-conducteur de type N avec une couche épitaxiale N dopée à l'arsenic. Le molybdène ou l'aluminium est utilisé pour fabriquer la couche barrière de l'anode, et le dioxyde de silicium est utilisé pour améliorer la valeur de tension admissible du tube. Une couche cathodique N+ est formée sous le substrat afin de réduire la résistance de contact de la cathode. En ajustant les paramètres structurels, une barrière Schottky est formée entre le substrat de type N et le métal de l'anode. L'application d'une polarisation directe aux deux extrémités de la barrière Schottky rend la couche barrière plus étroite et sa résistance plus faible, tandis qu'une polarisation inverse élargit la couche barrière et augmente sa résistance.
Structure d'une diode Schottky
Le nouveau SBD haute tension diffère du SBD traditionnel tant par sa structure que par ses matériaux. Les SBD traditionnels utilisent des contacts métal-semi-conducteur avec des métaux tels que l'aluminium, l'or, le molybdène, le nickel ou le titane et des semi-conducteurs tels que le silicium (Si) ou l'arséniure de gallium (GaAs).
Afin d'obtenir de bonnes caractéristiques de fréquence, des matériaux semi-conducteurs de type N sont choisis pour le substrat en raison de la mobilité plus élevée des électrons par rapport aux trous. Une couche mince N- à haute résistance est également épitaxiale sur le substrat N+ afin de réduire la capacité de jonction et d'augmenter la tension de claquage inverse sans trop augmenter la résistance en série.
Lorsqu'un métal entre en contact avec un semi-conducteur, les électrons se diffusent du semi-conducteur vers le métal en raison du niveau de Fermi du métal qui est inférieur à celui du semi-conducteur. Il en résulte que le métal devient chargé négativement et le semi-conducteur chargé positivement. Les métaux étant des conducteurs parfaits, les charges négatives ne sont réparties que dans une fine couche de taille atomique à la surface.
Les semi-conducteurs de type N possèdent des atomes d'impuretés donneurs chargés positivement qui sont répartis sur une plus grande surface. Lorsque les électrons diffusent du semi-conducteur vers le métal, une couche d'appauvrissement, un champ électrique auto-construit et une barrière de potentiel se forment, qui n'existent que du côté du semi-conducteur de type N. Le champ électrique auto-généré dans la zone de barrière pointe de la zone de type N vers le métal. À mesure que le champ auto-généré par émission thermique d'électrons augmente, le courant de dérive opposé au courant de diffusion augmente jusqu'à atteindre un équilibre dynamique, formant un potentiel de contact entre le métal et le semi-conducteur, connu sous le nom de barrière Schottky.
Lorsque la tension est nulle, le courant de diffusion des électrons est égal au courant de dérive inverse, ce qui entraîne un équilibre dynamique. L'application d'une polarisation directe affaiblit le champ auto-construit et réduit la barrière de potentiel du côté du semi-conducteur, permettant à un courant direct de circuler du métal vers le semi-conducteur. En revanche, l'application d'une polarisation inverse renforce le champ auto-généré et augmente la hauteur de la barrière de potentiel, provoquant un faible courant inverse qui circule du semi-conducteur vers le métal. Ainsi, à l'instar d'une diode à jonction PN, la SBD est un dispositif non linéaire qui conduit unidirectionnellement.
Applications de la diode Schottky dans l'électronique moderne
Les diodes Schottky ont un large éventail d'applications dans l'électronique moderne. L'une des applications les plus courantes est la rectification de puissance, où elles sont utilisées pour convertir le courant alternatif en courant continu. Elles peuvent également être utilisées dans le verrouillage de tension, où elles limitent la tension maximale dans un circuit. De plus, les diodes Schottky sont largement utilisées dans les applications à haute fréquence, telles que les détecteurs et les mélangeurs de radiofréquence.
Avantages et inconvénients de la diode Schottky
Avantages de la diode Schottky :
- Faible chute de tension directe par rapport aux autres diodes, ce qui se traduit par une perte de puissance moindre et un rendement supérieur.
- Vitesse de commutation plus rapide que les autres diodes grâce à une capacité de jonction plus faible, ce qui la rend idéale pour les applications à haute fréquence.
- Temps de récupération inverse inférieur à celui des autres diodes, ce qui réduit le risque de dommages causés par les pics de tension inverse.
- Plage de température de fonctionnement plus élevée que les autres diodes, ce qui la rend adaptée à une utilisation dans des environnements à haute température.
- Peut être utilisée comme redresseur dans les alimentations électriques, le verrouillage de tension, la démodulation de signaux et d'autres applications.
Inconvénients de la diode Schottky :
- Tension de claquage inverse inférieure à celle des autres diodes, ce qui limite son utilisation dans les applications à haute tension.
- Courant de fuite plus élevé que les autres diodes, ce qui peut poser des problèmes dans les circuits qui nécessitent une faible consommation d'énergie.
- Plus sensible à l'emballement thermique en raison de sa chute de tension directe plus faible, ce qui peut endommager la diode et les composants environnants.
- Sensible aux décharges électrostatiques (ESD), qui peuvent endommager de manière irréversible la diode.
- Disponibilité limitée des diodes Schottky haute tension par rapport aux autres types de diodes.
Exemple :
La diode 1N5817 est un exemple de diode Schottky. Elle présente une chute de tension directe de 0,45 V et un courant direct maximal de 1 A. Elle peut être utilisée pour la rectification, le verrouillage de tension et d'autres applications dans les circuits basse tension. Cependant, elle peut ne pas convenir aux applications haute tension en raison de sa tension de claquage inverse plus faible.
Diode Schottky vs diode classique
La principale différence entre une diode Schottky et une diode classique réside dans le type de jonction utilisé. Les diodes classiques utilisent une jonction P-N, tandis que les diodes Schottky utilisent une jonction métal-semi-conducteur. Cette différence de type de jonction se traduit par une chute de tension directe plus faible pour les diodes Schottky, ainsi que par une vitesse de commutation plus rapide et un temps de récupération inverse plus court.
Choisir la diode Schottky adaptée à votre application
Lorsque vous choisissez une diode Schottky pour votre application, plusieurs facteurs doivent être pris en compte. Le premier facteur est la chute de tension directe, qui détermine la tension minimale à laquelle la diode conduira.
Le deuxième facteur est la tension inverse nominale, qui détermine la tension maximale que la diode peut supporter dans le sens inverse.
Enfin, le troisième facteur est le courant nominal maximal, qui détermine le courant maximal que la diode peut supporter.
