En este artículo, analizaré las ventajas de los diodos Schottky, sus aplicaciones y lo que los diferencia de otros diodos.
Introducción al diodo Schottky antirretorno
Un diodo Schottky antirretorno es un tipo de dispositivo semiconductor que actúa como una válvula unidireccional para la corriente eléctrica. Está diseñado para evitar que la corriente fluya en la dirección opuesta, lo que podría causar daños al circuito o al dispositivo. El diodo Schottky recibe su nombre de Walter H. Schottky, quien lo inventó en 1938.
El diodo Schottky antirretorno se utiliza habitualmente en dispositivos electrónicos como fuentes de alimentación, cargadores de baterías y paneles solares. Es especialmente útil en circuitos en los que existe el riesgo de flujo de corriente inversa debido a la naturaleza de la carga o la fuente de alimentación. Por ejemplo, en un sistema de paneles solares, el diodo puede evitar que la batería se descargue a través de las células solares durante la noche.
En general, el diodo Schottky antirretorno es un componente esencial en muchos sistemas electrónicos para garantizar un funcionamiento adecuado y seguro.
Comprensión del voltaje directo del diodo Schottky
La caída de tensión directa de un diodo Schottky suele estar entre 0,15 y 0,45 voltios, lo que es mucho menor que los 0,6 a 0,7 voltios de un diodo normal. Esta baja caída de tensión directa significa que los diodos Schottky son más eficientes a la hora de convertir la energía eléctrica en luz o calor. Además, esta baja caída de tensión directa también los hace ideales para aplicaciones de baja tensión.
¿Cómo funciona el diodo Schottky?
Un diodo Schottky funciona creando una barrera entre un metal y un semiconductor. La región metálica es el electrodo positivo, y la región semiconductora de tipo N es el electrodo negativo. Dado que hay muchos electrones en el semiconductor y solo unos pocos en el metal, los electrones se difunden desde el semiconductor hacia el metal. Esto crea una barrera potencial que bloquea el flujo de corriente en la dirección inversa. Cuando el movimiento de deriva de los electrones y el movimiento de difusión alcanzan un equilibrio, se forma una barrera Schottky.
Un rectificador Schottky típico utiliza un sustrato semiconductor de tipo N con una capa epitaxial N dopada con arsénico. Se utiliza molibdeno o aluminio para fabricar la capa de barrera del ánodo, y dióxido de silicio para mejorar el valor de tensión soportada del tubo. Se forma una capa catódica N+ bajo el sustrato para reducir la resistencia de contacto del cátodo. Al ajustar los parámetros estructurales, se forma una barrera Schottky entre el sustrato de tipo N y el metal del ánodo. La aplicación de un sesgo directo a ambos extremos de la barrera Schottky hace que la capa de barrera sea más estrecha y su resistencia menor, mientras que un sesgo inverso ensancha la capa de barrera y aumenta su resistencia.
Estructura del diodo Schottky
El nuevo SBD de alto voltaje difiere del SBD tradicional tanto en estructura como en material. Los SBD tradicionales utilizan contactos metal-semiconductor con metales como aluminio, oro, molibdeno, níquel o titanio y semiconductores como silicio (Si) o arseniuro de galio (GaAs).
Para lograr buenas características de frecuencia, se eligen materiales semiconductores de tipo N para el sustrato debido a la mayor movilidad de los electrones que de los huecos. También se epitaxia una capa delgada de N- de alta resistencia sobre el sustrato N+ para reducir la capacitancia de unión y aumentar la tensión de ruptura inversa sin aumentar demasiado la resistencia en serie.
Cuando un metal entra en contacto con un semiconductor, los electrones se difunden desde el semiconductor al metal debido a que el nivel de Fermi del metal es más bajo que el del semiconductor. Esto hace que el metal se cargue negativamente y el semiconductor se cargue positivamente. Dado que los metales son conductores perfectos, las cargas negativas se distribuyen solo dentro de una fina capa del tamaño de un átomo en la superficie.
Los semiconductores de tipo N tienen átomos de impurezas donantes con carga positiva que se distribuyen en un área más grande. Cuando los electrones se difunden desde el semiconductor al metal, se forman una capa de agotamiento, un campo eléctrico autoconstruido y una barrera de potencial, que solo existe en el lado del semiconductor de tipo N. El campo eléctrico autoconstruido en la región de la barrera apunta desde la región de tipo N hacia el metal. A medida que aumenta el campo autoconstruido por emisión térmica de electrones, la corriente de deriva opuesta a la corriente de difusión aumenta hasta alcanzar un equilibrio dinámico, formando un potencial de contacto entre el metal y el semiconductor, conocido como barrera Schottky.
Cuando el voltaje es cero, la corriente de difusión de electrones es igual a la corriente de deriva inversa, lo que da como resultado un equilibrio dinámico. La aplicación de un sesgo directo debilita el campo autoconstruido y reduce la barrera de potencial en el lado del semiconductor, lo que permite que una corriente directa fluya desde el metal hacia el semiconductor. Por otro lado, la aplicación de un sesgo inverso mejora el campo autoconstruido y aumenta la altura de la barrera de potencial, lo que provoca que fluya una pequeña corriente inversa desde el semiconductor hacia el metal. Por lo tanto, al igual que un diodo de unión PN, el SBD es un dispositivo no lineal que conduce de forma unidireccional.
Aplicaciones del diodo Schottky en la electrónica moderna
Los diodos Schottky tienen una amplia gama de aplicaciones en la electrónica moderna. Una de las aplicaciones más comunes es la rectificación de potencia, donde se utilizan para convertir la corriente alterna en corriente continua. También se pueden utilizar en la fijación de tensión, donde limitan la tensión máxima en un circuito. Además, los diodos Schottky se utilizan ampliamente en aplicaciones de alta frecuencia, como en detectores y mezcladores de radiofrecuencia.
Ventajas y desventajas del diodo Schottky
Ventajas del diodo Schottky:
- Baja caída de tensión directa en comparación con otros diodos, lo que se traduce en una menor pérdida de potencia y una mayor eficiencia.
- Velocidad de conmutación más rápida que otros diodos debido a una menor capacitancia de unión, lo que lo hace ideal para aplicaciones de alta frecuencia.
- Menor tiempo de recuperación inversa que otros diodos, lo que reduce el riesgo de daños por picos de tensión inversa.
- Rango de temperatura de funcionamiento más alto que otros diodos, lo que lo hace adecuado para su uso en entornos de alta temperatura.
- Se puede utilizar como rectificador en fuentes de alimentación, fijación de tensión, demodulación de señales y otras aplicaciones.
Desventajas del diodo Schottky:
- Tensión de ruptura inversa más baja en comparación con otros diodos, lo que limita su uso en aplicaciones de alta tensión.
- Mayor corriente de fuga que otros diodos, lo que puede causar problemas en circuitos que requieren un bajo consumo de energía.
- Más susceptible al sobrecalentamiento debido a su menor caída de tensión directa, lo que puede causar daños al diodo y a los componentes circundantes.
- Sensible a las descargas electrostáticas (ESD), que pueden causar daños permanentes al diodo.
- Disponibilidad limitada de diodos Schottky de alta tensión en comparación con otros tipos de diodos.
Ejemplo:
Un ejemplo de diodo Schottky es el 1N5817. Tiene una caída de tensión directa de 0,45 V y una corriente directa máxima de 1 A. Se puede utilizar para rectificación, limitación de tensión y otras aplicaciones en circuitos de baja tensión. Sin embargo, puede no ser adecuado para aplicaciones de alta tensión debido a su menor tensión de ruptura inversa.
Diodo Schottky frente a diodo normal
La principal diferencia entre un diodo Schottky y un diodo normal es el tipo de unión que se utiliza. Los diodos normales utilizan una unión P-N, mientras que los diodos Schottky utilizan una unión metal-semiconductor. Esta diferencia en el tipo de unión da como resultado una menor caída de tensión directa para los diodos Schottky, así como una mayor velocidad de conmutación y un menor tiempo de recuperación inversa.
Elegir el diodo Schottky adecuado para su aplicación
A la hora de elegir un diodo Schottky para su aplicación, hay varios factores que debe tener en cuenta. El primer factor es la caída de tensión directa, que determina la tensión mínima a la que conducirá el diodo.
El segundo factor es la tensión inversa nominal, que determina la tensión máxima que el diodo puede soportar en la dirección inversa.
Por último, el tercer factor es la corriente nominal máxima, que determina la corriente máxima que puede soportar el diodo.
