Neste artigo, discutirei os benefícios dos diodos Schottky, suas aplicações e o que os diferencia de outros diodos.
Introdução ao diodo Schottky anti-fluxo reverso
Um diodo Schottky anti-fluxo reverso é um tipo de dispositivo semicondutor que funciona como uma válvula unidirecional para a corrente elétrica. Ele é projetado para impedir que a corrente flua na direção oposta, o que poderia causar danos ao circuito ou dispositivo. O diodo Schottky recebeu esse nome em homenagem a Walter H. Schottky, que o inventou em 1938.
O diodo Schottky anti-fluxo reverso é comumente usado em dispositivos eletrônicos, como fontes de alimentação, carregadores de bateria e painéis solares. É particularmente útil em circuitos onde há risco de fluxo de corrente reversa devido à natureza da carga ou da fonte de alimentação. Por exemplo, em um sistema de painéis solares, o diodo pode impedir que a bateria se descarregue através das células solares à noite.
No geral, o diodo Schottky anti-fluxo reverso é um componente essencial em muitos sistemas eletrônicos para garantir uma operação adequada e segura.
Entendendo a tensão direta do diodo Schottky
A queda de tensão direta de um diodo Schottky é normalmente entre 0,15 e 0,45 volts, o que é muito inferior aos 0,6 a 0,7 volts de um diodo normal. Esta baixa queda de tensão direta significa que os diodos Schottky são mais eficientes na conversão de energia elétrica em luz ou calor. Além disso, esta baixa queda de tensão direta também os torna ideais para aplicações de baixa tensão.
Como funciona o diodo Schottky?
Um diodo Schottky funciona criando uma barreira entre um metal e um semicondutor. A região metálica é o elétrodo positivo e a região semicondutora do tipo N é o elétrodo negativo. Como há muitos elétrons no semicondutor e apenas alguns no metal, os elétrons se difundem do semicondutor para o metal. Isso cria uma barreira potencial que bloqueia o fluxo de corrente na direção inversa. Quando o movimento de deriva dos elétrons e o movimento de difusão atingem um equilíbrio, forma-se uma barreira Schottky.
Um retificador Schottky típico utiliza um substrato semicondutor do tipo N com uma camada epitaxial N dopada com arsênico. Molibdênio ou alumínio são usados para formar a camada de barreira do ânodo, e dióxido de silício é usado para melhorar o valor da tensão suportável do tubo. Uma camada catódica N+ é formada sob o substrato para reduzir a resistência de contato do cátodo. Ao ajustar os parâmetros estruturais, uma barreira Schottky é formada entre o substrato do tipo N e o metal do ânodo. A aplicação de uma polarização direta em ambas as extremidades da barreira Schottky torna a camada de barreira mais estreita e sua resistência menor, enquanto uma polarização reversa amplia a camada de barreira e aumenta sua resistência.
Estrutura do diodo Schottky
O novo SBD de alta tensão difere do SBD tradicional tanto na estrutura quanto no material. Os SBDs tradicionais utilizam contatos metal-semicondutor com metais como alumínio, ouro, molibdênio, níquel ou titânio e semicondutores como silício (Si) ou arsenieto de gálio (GaAs).
Para obter boas características de frequência, materiais semicondutores do tipo N são escolhidos para o substrato devido à maior mobilidade dos elétrons em relação aos buracos. Uma camada fina N- de alta resistência também é epitaxial no substrato N+ para reduzir a capacitância da junção e aumentar a tensão de ruptura reversa sem aumentar muito a resistência em série.
Quando um metal entra em contato com um semicondutor, os elétrons se difundem do semicondutor para o metal devido ao nível de Fermi do metal ser menor do que o do semicondutor. Isso faz com que o metal fique carregado negativamente e o semicondutor fique carregado positivamente. Como os metais são condutores perfeitos, as cargas negativas são distribuídas apenas dentro de uma fina camada do tamanho de um átomo na superfície.
Os semicondutores do tipo N têm átomos de impurezas doadores com carga positiva que estão distribuídos por uma área maior. Quando os elétrons se difundem do semicondutor para o metal, formam-se uma camada de esgotamento, um campo elétrico auto-construído e uma barreira potencial, que só existe no lado do semicondutor do tipo N. O campo elétrico auto-gerado na região da barreira aponta da região do tipo N para o metal. À medida que o campo auto-gerado pela emissão térmica de elétrons aumenta, a corrente de deriva oposta à corrente de difusão aumenta até atingir um equilíbrio dinâmico, formando um potencial de contato entre o metal e o semicondutor, conhecido como barreira Schottky.
Quando a tensão é zero, a corrente de difusão de elétrons é igual à corrente de deriva reversa, resultando em um equilíbrio dinâmico. A aplicação de uma polarização direta enfraquece o campo auto-construído e reduz a barreira de potencial no lado do semicondutor, permitindo que uma corrente direta flua do metal para o semicondutor. Por outro lado, a aplicação de uma polarização reversa aumenta o campo auto-construído e aumenta a altura da barreira de potencial, fazendo com que uma pequena corrente reversa flua do semicondutor para o metal. Assim, como um diodo de junção PN, o SBD é um dispositivo não linear que conduz unidirecionalmente.
Aplicações do diodo Schottky na eletrônica moderna
Os diodos Schottky têm uma ampla gama de aplicações na eletrônica moderna. Uma das aplicações mais comuns é na retificação de energia, onde são usados para converter energia CA em energia CC. Eles também podem ser usados na fixação de tensão, onde limitam a tensão máxima em um circuito. Além disso, os diodos Schottky são amplamente utilizados em aplicações de alta frequência, como em detectores e misturadores de radiofrequência.
Vantagens e desvantagens do diodo Schottky
Vantagens do diodo Schottky:
- Baixa queda de tensão direta em comparação com outros diodos, o que resulta em menor perda de energia e maior eficiência.
- Velocidade de comutação mais rápida do que outros diodos devido à menor capacitância de junção, o que o torna ideal para aplicações de alta frequência.
- Tempo de recuperação reversa menor do que outros diodos, o que reduz o risco de danos causados por picos de tensão reversa.
- Faixa de temperatura operacional mais alta do que outros diodos, o que o torna adequado para uso em ambientes de alta temperatura.
- Pode ser usado como retificador em fontes de alimentação, fixação de tensão, demodulação de sinal e outras aplicações.
Desvantagens do diodo Schottky:
- Tensão de ruptura reversa mais baixa em comparação com outros diodos, o que limita seu uso em aplicações de alta tensão.
- Corrente de fuga mais alta do que outros diodos, o que pode causar problemas em circuitos que exigem baixo consumo de energia.
- Mais suscetível a fuga térmica devido à sua menor queda de tensão direta, o que pode causar danos ao diodo e aos componentes circundantes.
- Sensível a descargas eletrostáticas (ESD), que podem causar danos permanentes ao diodo.
- Disponibilidade limitada de diodos Schottky de alta tensão em comparação com outros tipos de diodos.
Exemplo:
Um exemplo de diodo Schottky é o 1N5817. Ele tem uma queda de tensão direta de 0,45 V e uma corrente direta máxima de 1 A. Ele pode ser usado para retificação, fixação de tensão e outras aplicações em circuitos de baixa tensão. No entanto, ele pode não ser adequado para aplicações de alta tensão devido à sua tensão de ruptura reversa mais baixa.
Diodo Schottky vs. Diodo comum
A principal diferença entre um diodo Schottky e um diodo comum é o tipo de junção utilizado. Os diodos comuns utilizam uma junção P-N, enquanto os diodos Schottky utilizam uma junção metal-semicondutor. Essa diferença no tipo de junção resulta em uma queda de tensão direta menor para os diodos Schottky, bem como uma velocidade de comutação mais rápida e um tempo de recuperação reversa menor.
Escolhendo o diodo Schottky certo para sua aplicação
Ao escolher um diodo Schottky para sua aplicação, há vários fatores a serem considerados. O primeiro fator é a queda de tensão direta, que determina a tensão mínima na qual o diodo conduzirá.
O segundo fator é a tensão reversa nominal, que determina a tensão máxima que o diodo pode suportar na direção reversa.
Por fim, o terceiro fator é a tensão máxima, que determina a corrente máxima que o diodo pode suportar.
