1. Коротка історія діода Шотткі
2. Застосування і гідності діодів Шотткі
3. Чисельне проектування діода Шотткі
4. подальші кроки

Діоди Шотткі - одні з найстаріших напівпровідникових елементів, які до сих пір використовуються в сучасних пристроях, в тому числі в комп'ютерах і радарах. Для повної впевненості в коректній роботі діода Шотткі, інженерам необхідно враховувати при проектуванні такі фактори, як щільність струму і висоту потенційного бар'єру. Наведена нижче еталонна модель підтверджує, що програмний пакет COMSOL Multiphysics® з модулем розширення Напівпровідники добре підходить для вирішення таких завдань.

Коротка історія діода Шотткі

Принцип роботи діода Шотткі був вперше продемонстрований в 1874 році Карлом Фердинандом Брауном. Поєднавши металевий дріт і галенових кристал (який грав роль напівпровідника), Браун створив діод з точковим контактом, який перетворював змінний струм в постійний (тобто випрямляв ток). Це пристрій був одним з перших екземплярів і концептів напівпровідникового діода, але робота Брауна не притягнула особливої ​​уваги, тому що в той час для неї не знайшлося практичних застосувань.

Винахід радіо створило попит на напівпровідникові діоди, або, як їх називали в той час, кристалічні детектори. У 1901 році індійський професор фізики Джагадіш Чандра Бос показав, що діод чутливий до радіохвиль. П'ять років по тому Грінліф Уіттер Пиккард запатентував кристалічний детектор «котячий вус», який широко використовувався в радіотехніці аж до 1920-х років. Такий діод складався з тонкого металевого дроту (напомінаущего котячий вус), який знаходився в контакті з кристалом кремнію. Підлаштовуючи положення дроти, можна було ловити радіосигнал і настроювати радіоприймач.

Детектор «котячий вус», який використовувався в кристалічному радіоприймачі. Автор зображення - JA.Davidson, зображення є на Вікісховища .

У 1930-х роках фізик Вальтер Шоттки встановив, що в точці дотику металу і напівпровідника виникає потенційний бар'єр. Його робота привела до появи діодів Шотткі - і дала їм ім'я. Ці діоди також називають діодами з бар'єром Шотткі, діодами з гарячими носіями або з гарячими електронами. Як і інші діоди, вони пропускають струм в одному напрямку завдяки потенційному бар'єра, що виникає при контакті (пряме зміщення), і не пропускають струм у зворотному напрямку (зворотний зсув).

Застосування і гідності діодів Шотткі

У порівнянні з іншими сучасними типами діодів у діодів Шотткі є кілька переваг. Наприклад, їх відрізняють висока щільність струму і мале падіння напруги в прямому напрямку, так що вони споживають мало енергії і виділяють менше тепла. Таким чином, вони ефективніше і компактніше інших діодів, і їх можна використовувати з невеликими за розміром радіаторами. Крім цього, діоди Шотткі швидко перемикаються, швидко повертаються в стан готовності і відрізняються малою ємністю. Ці властивості важливі в таких прикладних задачах, як:

• Зарядка комп'ютерів і смартфонів
• Змішувачі частот для СВЧ-радарів
• Випрямлення потужності для приводів двигунів і світлодіодів
• захист транзисторів від насичення
• Захист від розряду акумулятора в фотоелементах .

У всіх зазначених додатках інженери зможуть проводити проектування діодів в спеціалізованому пакеті для розрахунку напівпровідників і чисельно визначати такі ключові характеристики пристроїв як, наприклад, щільність струму і напруга. Давайте розглянемо для прикладу еталонну перевірочну модель.

Чисельне проектування діода Шотткі

Еталонна перевірочна моделі "Контакт Шотткі" описує поведінку простого діода Шотткі при зміщенні в прямому напрямку. В геометрії моделі відтворено напівпровідникова пластина з кремнію (внизу), на яку нанесено шар вольфраму (вгорі). Зверніть увагу, що для завдання властивостей кремнію ви можете використовувати налаштування програмного пакета COMSOL® за замовчуванням.

Геометрія найпростішого діода Шотткі.

При вивченні діода важливо правильно підібрати висоту потенційного бар'єру, створюваного контактом Шоттки: від неї залежить, чи буде діод працювати. Висота бар'єру залежить від структури переходу «метал - напівпровідник», і її непросто визначити. У цій моделі використовується ідеальне значення для висоти потенційного бар'єру, розраховане на основі стандартних властивостей кремнію і роботи виходу вольфраму (4,72 В), що дорівнює 0,67 В. Використовуючи такий «ідеальний» контакт Шотткі, ми спрощуємо модель.

Так ми можемо розрахувати струм, поточний через контакт між двома матеріалами, не враховуючи зниження бар'єру за рахунок зниження сил дзеркального зображення, тунелювання, впливу дифузії і поверхневих станів. Цей струм визначається в першу чергу термоелектронним внеском, залежність якого від прикладеної напруги і щільності струму показана на графіку нижче.

Порівняння розрахункової моделі (суцільна лінія) і експериментальних даних (круглі маркери) про щільність струму в діоді Шотткі з прямим зміщенням.

Як ви бачите, результати еталонної перевірочної моделі добре узгоджуються з експериментальними даними, показуючи, що властивості контакту Шотткі можна точно моделювати в програмному пакеті COMSOL Multiphysics за допомогою модуля розширення Напівпровідники.

подальші кроки

Спробуйте самі промоделювати діоди Шотткі за допомогою цього прикладу. Натисніть на кнопку нижче, щоб перейти до Бібліотеки моделей і додатків, в якій ви знайдете покрокові інструкції по збірці моделі. Якщо у вас є обліковий запис COMSOL Access і діюча ліцензія на програмне забезпечення, ви можете завантажити MPH-файли для цієї моделі.

Дізнайтеся докладніше про моделювання напівпровідників в корпоративному блозі COMSOL: