Mengenal Dioda Schottky
Dioda Schottky adalah dioda logam-semikonduktor dengan penurunan tegangan maju rendah dan kecepatan switching yang sangat cepat.
Dioda Schottky adalah jenis lain dari dioda semikonduktor namun memiliki kelebihan bahwa penurunan tegangan maju mereka secara substansial kurang dari dioda silikon pn-junction konvensional.
Dioda Schottky memiliki banyak aplikasi yang berguna mulai dari penyearah, pengkondisian sinyal dan switching, hingga gerbang logika TTL dan CMOS terutama karena daya rendah dan kecepatan switching yang cepat. Gerbang logika TTL Schottky diidentifikasi oleh huruf LS yang muncul di suatu tempat dalam kode rangkaian gerbang logika mereka, misalnya 74LS00.
Dioda PN-junction dibentuk dengan menyatukan bahan semikonduktor tipe-p dan tipe-n yang memungkinkannya untuk digunakan sebagai alat penyearah, dan kita telah melihat bahwa ketika bias maju, daerah deplesi sangat berkurang sehingga arus dapat mengalir melaluinya dalam arah maju, dan ketika Bias balik wilayah penipisan meningkat memblokir aliran arus.
Tindakan membiaskan pn-junction menggunakan tegangan eksternal untuk memajukan atau membalikkan bias, mengurangi atau meningkatkan masing-masing hambatan penghalang junction. Jadi hubungan tegangan-arus (kurva karakteristik) dari dioda pn-junction tipikal dipengaruhi oleh nilai resistansi persimpangan atau junction.
Ingatlah bahwa dioda pn-junction adalah perangkat nonlinier sehingga resistansi DC-nya akan bervariasi dengan tegangan bias dan arus yang melaluinya.
Ketika bias maju, konduksi melalui persimpangan tidak dimulai sampai tegangan bias eksternal mencapai "tegangan knee" di mana arus titik meningkat dengan cepat dan untuk dioda silikon, tegangan yang diperlukan untuk konduksi maju terjadi sekitar 0.65 hingga 0.7 volt seperti yang ditunjukkan.
Untuk dioda junction silikon praktis, tegangan knee ini dapat berada di mana saja antara 0.6 dan 0.9 volt tergantung pada bagaimana ia didoping selama pembuatan, dan apakah perangkat itu berupa Dioda Sinyal kecil atau Dioda Daya yang jauh lebih besar.
Tegangan knee untuk dioda germanium standar, namun jauh lebih rendah sekitar 0.3 volt, membuatnya lebih cocok untuk aplikasi sinyal kecil.
Tetapi ada tipe lain dari dioda penyearah yang memiliki tegangan knee kecil serta kecepatan switching yang cepat yang disebut Dioda Schottky Barrier, atau cukup dengan "Dioda Schottky".
Dioda Schottky dapat digunakan dalam banyak aplikasi yang sama dengan dioda pn-junction konvensional dan memiliki banyak kegunaan yang berbeda, terutama dalam logika digital, energi terbarukan dan aplikasi panel surya.
Karena mereka dibangun menggunakan senyawa logam di satu sisi persimpangan dan doping silikon di sisi lain, Dioda Schottky karenanya tidak memiliki lapisan penipisan dan digolongkan sebagai perangkat unipolar tidak seperti dioda pn-junction yang merupakan perangkat bipolar.
Logam kontak yang paling umum digunakan untuk konstruksi dioda Schottky adalah "Silisida" yang merupakan senyawa silikon dan logam yang sangat konduktif.
Kontak logam-silikon silisida ini memiliki nilai resistansi ohmik yang cukup rendah yang memungkinkan lebih banyak arus mengalir menghasilkan penurunan tegangan maju yang lebih kecil sekitar Vƒ <0.4V saat berjalan. Senyawa logam yang berbeda akan menghasilkan penurunan tegangan maju yang berbeda, biasanya antara 0.3 hingga 0.5 volt.
Rangkaian di atas menunjukkan konstruksi yang disederhanakan dan simbol dioda Schottky di mana semikonduktor silikon tipe-n yang diolah dengan ringan digabungkan dengan elektroda logam untuk menghasilkan apa yang disebut ms-junction "persimpangan/junction logam-semikonduktor".
Lebar ms-junction akan tergantung pada jenis logam dan bahan semikonduktor yang digunakan, tetapi ketika bias maju, elektron bergerak dari bahan tipe-n ke elektroda logam yang memungkinkan arus mengalir. Jadi arus melalui dioda Schottky adalah hasil dari penyimpangan pembawa mayoritas.
Karena tidak ada bahan semikonduktor tipe-p dan oleh karena itu tidak ada pembawa minoritas (lubang), ketika bias balik, konduksi dioda berhenti sangat cepat dan perubahan untuk memblokir aliran arus, seperti untuk dioda pn-junction konvensional.
Jadi untuk dioda Schottky ada respons yang sangat cepat terhadap perubahan bias dan menunjukkan karakteristik dioda penyearah.
Seperti dibahas sebelumnya, tegangan knee di mana Schottky dioda menyalakan "ON" dan mulai berjalan adalah pada tingkat tegangan yang jauh lebih rendah daripada pn-junction yang setara seperti yang ditunjukkan dalam karakteristik I-V berikut.
Seperti yang dapat kita lihat, bentuk umum dari karakteristik I-V logam-semikonduktor dioda Schottky sangat mirip dengan dioda pn-junction standar, kecuali tegangan sudut atau knee di mana dioda ms-junction mulai berjalan jauh lebih rendah pada sekitar 0.4 volt.
Karena nilai yang lebih rendah ini, arus maju dari dioda silikon Schottky dapat beberapa kali lebih besar dari pada dioda pn-junction yang khas, tergantung pada elektroda logam yang digunakan.
Ingatlah bahwa hukum Ohm memberi tahu kita bahwa daya sama dengan volt kali amp, (P = V*I) sehingga penurunan tegangan maju yang lebih kecil untuk arus dioda yang diberikan, ID akan menghasilkan disipasi daya maju yang lebih rendah dalam bentuk panas di persimpangan.
Kerugian daya yang lebih rendah ini membuat dioda Schottky pilihan yang baik di tegangan-rendah dan arus-tinggi aplikasi seperti panel surya fotovoltaik di mana tegangan-maju, ( VF ) drop di dioda pn-junction standar akan menghasilkan efek pemanasan yang berlebihan.
Namun, harus dicatat bahwa arus bocor balik, ( IR ) untuk dioda Schottky umumnya jauh lebih besar daripada dioda pn-junction.
Namun perlu dicatat bahwa jika kurva karakteristik I-V menunjukkan karakteristik non-koreksi yang lebih linier, maka itu adalah kontak Ohmic.
Kontak Ohmic umumnya digunakan untuk menghubungkan wafer dan chip semikonduktor dengan pin atau rangkaian penghubung eksternal suatu sistem. Misalnya, menghubungkan wafer semikonduktor dari gerbang logika khas ke pin paket plastik dual-in-line (DIL).
Juga karena dioda Schottky dibuat dengan sambungan logam-ke-semikonduktor, ia cenderung sedikit lebih mahal daripada dioda silikon pn-junction standar yang memiliki spesifikasi tegangan dan arus yang sama. Misalnya, seri 1.0 Ampere 1N58xx Schottky dibandingkan dengan seri 1N400x umum.
Ada versi berbeda dari Schottky TTL semuanya dengan kecepatan dan konsumsi daya yang berbeda. Tiga seri logika TTL utama yang menggunakan dioda Schottky dalam konstruksinya diberikan sebagai:
● Schottky Diode Clamped TTL (S series) - Schottky “S” series TTL (74SXX) adalah versi perbaikan dari dioda-transistor DTL asli, dan transistor-transistor 74 series TTL gerbang dan rangkaian logika.
Dioda Schottky ditempatkan di junction base-kolektor dari transistor switching untuk mencegah mereka jenuh dan menciptakan penundaan propagasi yang memungkinkan operasi lebih cepat.
● Low-Power Schottky (seri LS) - Kecepatan switching transistor, stabilitas, dan disipasi daya dari seri 74LSXX TTL lebih baik daripada seri 74SXX sebelumnya.
Selain kecepatan switching yang lebih tinggi, keluarga Schottky TTL berdaya rendah mengkonsumsi lebih sedikit daya menjadikan seri 74LSXX TTL pilihan yang baik untuk banyak aplikasi.
● Advanced Low-Power Schottky (seri ALS) - Peningkatan tambahan pada bahan yang digunakan untuk membuat ms-junction dari dioda berarti bahwa seri 74LSXX telah mengurangi waktu tunda propagasi dan disipasi daya yang jauh lebih rendah dibandingkan dengan seri 74ALSXX dan 74LS.
Namun, karena merupakan teknologi yang lebih baru dan desain yang secara inheren lebih kompleks secara internal daripada TTL standar, seri ALS sedikit lebih mahal.
Semua gerbang dan rangkaian Schottky TTL sebelumnya menggunakan transistor Schottky yang dijepit/clamped untuk mencegah mereka dari didorong keras ke saturasi.
Seperti yang ditunjukkan, transistor calmped Schottky pada dasarnya adalah transistor junction bipolar standar dengan dioda Schottky yang terhubung secara paralel di junction base-kolektor-nya.
Ketika transistor berjalan normal di daerah aktif dari kurva karakteristiknya, junction base-kolektor adalah bias balik dan dioda bias balik memungkinkan transistor untuk beroperasi sebagai transistor NPN normal.
Namun, ketika transistor mulai jenuh, dioda Schottky menjadi bias maju dan menjepit junction base-kolektor ke nilai knee 0.4 volt, menjaga transistor keluar dari saturasi keras karena setiap arus base berlebih didorong melalui dioda.
Mencegah rangkaian logika yang mengalihkan transistor dari saturasi mengurangi waktu tunda propagasi mereka, membuat rangkaian Schottky TTL ideal untuk digunakan dalam flip-flop, osilator, dan chip memori.
Metal-to-semiconductor atau ms-junction menyediakan tegangan knee yang jauh lebih rendah dari biasanya 0.3 hingga 0.4 volt dibandingkan dengan nilai 0.6 hingga 0.9 volt yang terlihat dalam dioda pn-junction base silikon standar untuk nilai arus maju yang sama.
Variasi dalam bahan logam dan semikonduktor yang digunakan untuk konstruksi mereka berarti bahwa silikon karbida (SiC) dioda Schottky dapat mengaktifkan "ON" dengan penurunan tegangan maju sesedikit 0.2 volt dengan dioda Schottky menggantikan dioda germanium yang kurang digunakan di banyak aplikasi yang membutuhkan tegangan knee rendah.
Dioda Schottky dengan cepat menjadi perangkat penyearah yang disukai dalam tegangan rendah, aplikasi arus tinggi untuk digunakan dalam energi terbarukan dan aplikasi panel surya. Namun, dibandingkan dengan pn-junction setara, dioda Schottky arus leakage reverse lebih besar dan tegangan berakdown reverse lebih rendah di sekitar 50 volt.
Tegangan turn-on yang lebih rendah, waktu switching yang lebih cepat, dan konsumsi daya yang berkurang membuat dioda Schottky sangat berguna dalam banyak aplikasi rangkaian terintegrasi dengan rangkaian gerbang logika 74LSXX TTL yang paling umum.
Junction logam-semikonduktor juga dapat dibuat untuk beroperasi sebagai "kontak Ohmic" serta memperbaiki dioda dengan mendepositkan elektroda logam ke daerah semikonduktor yang sangat diolah (dan dengan demikian resistivitas rendah).
Kontak ohmik mengalirkan arus yang sama di kedua arah yang memungkinkan wafer dan rangkaian semikonduktor untuk menghubungkan terminal eksternal.
Dioda Schottky adalah jenis lain dari dioda semikonduktor namun memiliki kelebihan bahwa penurunan tegangan maju mereka secara substansial kurang dari dioda silikon pn-junction konvensional.
Dioda Schottky memiliki banyak aplikasi yang berguna mulai dari penyearah, pengkondisian sinyal dan switching, hingga gerbang logika TTL dan CMOS terutama karena daya rendah dan kecepatan switching yang cepat. Gerbang logika TTL Schottky diidentifikasi oleh huruf LS yang muncul di suatu tempat dalam kode rangkaian gerbang logika mereka, misalnya 74LS00.
Dioda PN-junction dibentuk dengan menyatukan bahan semikonduktor tipe-p dan tipe-n yang memungkinkannya untuk digunakan sebagai alat penyearah, dan kita telah melihat bahwa ketika bias maju, daerah deplesi sangat berkurang sehingga arus dapat mengalir melaluinya dalam arah maju, dan ketika Bias balik wilayah penipisan meningkat memblokir aliran arus.
Tindakan membiaskan pn-junction menggunakan tegangan eksternal untuk memajukan atau membalikkan bias, mengurangi atau meningkatkan masing-masing hambatan penghalang junction. Jadi hubungan tegangan-arus (kurva karakteristik) dari dioda pn-junction tipikal dipengaruhi oleh nilai resistansi persimpangan atau junction.
Ingatlah bahwa dioda pn-junction adalah perangkat nonlinier sehingga resistansi DC-nya akan bervariasi dengan tegangan bias dan arus yang melaluinya.
Ketika bias maju, konduksi melalui persimpangan tidak dimulai sampai tegangan bias eksternal mencapai "tegangan knee" di mana arus titik meningkat dengan cepat dan untuk dioda silikon, tegangan yang diperlukan untuk konduksi maju terjadi sekitar 0.65 hingga 0.7 volt seperti yang ditunjukkan.
Karakteristik I-V Dioda PN-junction
Untuk dioda junction silikon praktis, tegangan knee ini dapat berada di mana saja antara 0.6 dan 0.9 volt tergantung pada bagaimana ia didoping selama pembuatan, dan apakah perangkat itu berupa Dioda Sinyal kecil atau Dioda Daya yang jauh lebih besar.
Tegangan knee untuk dioda germanium standar, namun jauh lebih rendah sekitar 0.3 volt, membuatnya lebih cocok untuk aplikasi sinyal kecil.
Tetapi ada tipe lain dari dioda penyearah yang memiliki tegangan knee kecil serta kecepatan switching yang cepat yang disebut Dioda Schottky Barrier, atau cukup dengan "Dioda Schottky".
Dioda Schottky dapat digunakan dalam banyak aplikasi yang sama dengan dioda pn-junction konvensional dan memiliki banyak kegunaan yang berbeda, terutama dalam logika digital, energi terbarukan dan aplikasi panel surya.
Dioda Schottky
Tidak seperti dioda pn-junction konvensional yang dibentuk dari sepotong material tipe-P dan material tipe-N, Dioda Schottky dibuat menggunakan elektroda logam yang diikat ke semikonduktor tipe-N.Karena mereka dibangun menggunakan senyawa logam di satu sisi persimpangan dan doping silikon di sisi lain, Dioda Schottky karenanya tidak memiliki lapisan penipisan dan digolongkan sebagai perangkat unipolar tidak seperti dioda pn-junction yang merupakan perangkat bipolar.
Logam kontak yang paling umum digunakan untuk konstruksi dioda Schottky adalah "Silisida" yang merupakan senyawa silikon dan logam yang sangat konduktif.
Kontak logam-silikon silisida ini memiliki nilai resistansi ohmik yang cukup rendah yang memungkinkan lebih banyak arus mengalir menghasilkan penurunan tegangan maju yang lebih kecil sekitar Vƒ <0.4V saat berjalan. Senyawa logam yang berbeda akan menghasilkan penurunan tegangan maju yang berbeda, biasanya antara 0.3 hingga 0.5 volt.
Konstruksi dan Simbol Dioda Schottky
Rangkaian di atas menunjukkan konstruksi yang disederhanakan dan simbol dioda Schottky di mana semikonduktor silikon tipe-n yang diolah dengan ringan digabungkan dengan elektroda logam untuk menghasilkan apa yang disebut ms-junction "persimpangan/junction logam-semikonduktor".
Lebar ms-junction akan tergantung pada jenis logam dan bahan semikonduktor yang digunakan, tetapi ketika bias maju, elektron bergerak dari bahan tipe-n ke elektroda logam yang memungkinkan arus mengalir. Jadi arus melalui dioda Schottky adalah hasil dari penyimpangan pembawa mayoritas.
Karena tidak ada bahan semikonduktor tipe-p dan oleh karena itu tidak ada pembawa minoritas (lubang), ketika bias balik, konduksi dioda berhenti sangat cepat dan perubahan untuk memblokir aliran arus, seperti untuk dioda pn-junction konvensional.
Jadi untuk dioda Schottky ada respons yang sangat cepat terhadap perubahan bias dan menunjukkan karakteristik dioda penyearah.
Seperti dibahas sebelumnya, tegangan knee di mana Schottky dioda menyalakan "ON" dan mulai berjalan adalah pada tingkat tegangan yang jauh lebih rendah daripada pn-junction yang setara seperti yang ditunjukkan dalam karakteristik I-V berikut.
Karakteristik I-V Dioda Schottky
Seperti yang dapat kita lihat, bentuk umum dari karakteristik I-V logam-semikonduktor dioda Schottky sangat mirip dengan dioda pn-junction standar, kecuali tegangan sudut atau knee di mana dioda ms-junction mulai berjalan jauh lebih rendah pada sekitar 0.4 volt.
Karena nilai yang lebih rendah ini, arus maju dari dioda silikon Schottky dapat beberapa kali lebih besar dari pada dioda pn-junction yang khas, tergantung pada elektroda logam yang digunakan.
Ingatlah bahwa hukum Ohm memberi tahu kita bahwa daya sama dengan volt kali amp, (P = V*I) sehingga penurunan tegangan maju yang lebih kecil untuk arus dioda yang diberikan, ID akan menghasilkan disipasi daya maju yang lebih rendah dalam bentuk panas di persimpangan.
Kerugian daya yang lebih rendah ini membuat dioda Schottky pilihan yang baik di tegangan-rendah dan arus-tinggi aplikasi seperti panel surya fotovoltaik di mana tegangan-maju, ( VF ) drop di dioda pn-junction standar akan menghasilkan efek pemanasan yang berlebihan.
Namun, harus dicatat bahwa arus bocor balik, ( IR ) untuk dioda Schottky umumnya jauh lebih besar daripada dioda pn-junction.
Namun perlu dicatat bahwa jika kurva karakteristik I-V menunjukkan karakteristik non-koreksi yang lebih linier, maka itu adalah kontak Ohmic.
Kontak Ohmic umumnya digunakan untuk menghubungkan wafer dan chip semikonduktor dengan pin atau rangkaian penghubung eksternal suatu sistem. Misalnya, menghubungkan wafer semikonduktor dari gerbang logika khas ke pin paket plastik dual-in-line (DIL).
Juga karena dioda Schottky dibuat dengan sambungan logam-ke-semikonduktor, ia cenderung sedikit lebih mahal daripada dioda silikon pn-junction standar yang memiliki spesifikasi tegangan dan arus yang sama. Misalnya, seri 1.0 Ampere 1N58xx Schottky dibandingkan dengan seri 1N400x umum.
Dioda Schottky pada Gerbang Logika
Dioda Schottky juga memiliki banyak kegunaan dalam rangkaian digital dan banyak digunakan dalam gerbang logika dan transistor logika Schottky (TTL) karena respons frekuensi yang lebih tinggi, penurunan waktu switching, dan konsumsi daya yang lebih rendah. Di mana perpindahan kecepatan tinggi diperlukan, TTL berbasis Schottky adalah pilihan yang jelas.Ada versi berbeda dari Schottky TTL semuanya dengan kecepatan dan konsumsi daya yang berbeda. Tiga seri logika TTL utama yang menggunakan dioda Schottky dalam konstruksinya diberikan sebagai:
● Schottky Diode Clamped TTL (S series) - Schottky “S” series TTL (74SXX) adalah versi perbaikan dari dioda-transistor DTL asli, dan transistor-transistor 74 series TTL gerbang dan rangkaian logika.
Dioda Schottky ditempatkan di junction base-kolektor dari transistor switching untuk mencegah mereka jenuh dan menciptakan penundaan propagasi yang memungkinkan operasi lebih cepat.
● Low-Power Schottky (seri LS) - Kecepatan switching transistor, stabilitas, dan disipasi daya dari seri 74LSXX TTL lebih baik daripada seri 74SXX sebelumnya.
Selain kecepatan switching yang lebih tinggi, keluarga Schottky TTL berdaya rendah mengkonsumsi lebih sedikit daya menjadikan seri 74LSXX TTL pilihan yang baik untuk banyak aplikasi.
● Advanced Low-Power Schottky (seri ALS) - Peningkatan tambahan pada bahan yang digunakan untuk membuat ms-junction dari dioda berarti bahwa seri 74LSXX telah mengurangi waktu tunda propagasi dan disipasi daya yang jauh lebih rendah dibandingkan dengan seri 74ALSXX dan 74LS.
Namun, karena merupakan teknologi yang lebih baru dan desain yang secara inheren lebih kompleks secara internal daripada TTL standar, seri ALS sedikit lebih mahal.
Schottky Clamped Transistor
Seperti yang ditunjukkan, transistor calmped Schottky pada dasarnya adalah transistor junction bipolar standar dengan dioda Schottky yang terhubung secara paralel di junction base-kolektor-nya.
Ketika transistor berjalan normal di daerah aktif dari kurva karakteristiknya, junction base-kolektor adalah bias balik dan dioda bias balik memungkinkan transistor untuk beroperasi sebagai transistor NPN normal.
Namun, ketika transistor mulai jenuh, dioda Schottky menjadi bias maju dan menjepit junction base-kolektor ke nilai knee 0.4 volt, menjaga transistor keluar dari saturasi keras karena setiap arus base berlebih didorong melalui dioda.
Mencegah rangkaian logika yang mengalihkan transistor dari saturasi mengurangi waktu tunda propagasi mereka, membuat rangkaian Schottky TTL ideal untuk digunakan dalam flip-flop, osilator, dan chip memori.
Ringkasan Dioda Schottky
Kita telah melihat di sini bahwa dioda Schottky juga dikenal sebagai Schottky Barrier Diode adalah dioda semikonduktor solid-state di mana elektroda logam dan semikonduktor tipe-n membentuk dioda ms-junction yang memberikannya dua keunggulan utama dibandingkan dioda pn-junction tradisional. kecepatan switching yang lebih cepat, dan tegangan bias maju yang rendah.Metal-to-semiconductor atau ms-junction menyediakan tegangan knee yang jauh lebih rendah dari biasanya 0.3 hingga 0.4 volt dibandingkan dengan nilai 0.6 hingga 0.9 volt yang terlihat dalam dioda pn-junction base silikon standar untuk nilai arus maju yang sama.
Variasi dalam bahan logam dan semikonduktor yang digunakan untuk konstruksi mereka berarti bahwa silikon karbida (SiC) dioda Schottky dapat mengaktifkan "ON" dengan penurunan tegangan maju sesedikit 0.2 volt dengan dioda Schottky menggantikan dioda germanium yang kurang digunakan di banyak aplikasi yang membutuhkan tegangan knee rendah.
Dioda Schottky dengan cepat menjadi perangkat penyearah yang disukai dalam tegangan rendah, aplikasi arus tinggi untuk digunakan dalam energi terbarukan dan aplikasi panel surya. Namun, dibandingkan dengan pn-junction setara, dioda Schottky arus leakage reverse lebih besar dan tegangan berakdown reverse lebih rendah di sekitar 50 volt.
Tegangan turn-on yang lebih rendah, waktu switching yang lebih cepat, dan konsumsi daya yang berkurang membuat dioda Schottky sangat berguna dalam banyak aplikasi rangkaian terintegrasi dengan rangkaian gerbang logika 74LSXX TTL yang paling umum.
Junction logam-semikonduktor juga dapat dibuat untuk beroperasi sebagai "kontak Ohmic" serta memperbaiki dioda dengan mendepositkan elektroda logam ke daerah semikonduktor yang sangat diolah (dan dengan demikian resistivitas rendah).
Kontak ohmik mengalirkan arus yang sama di kedua arah yang memungkinkan wafer dan rangkaian semikonduktor untuk menghubungkan terminal eksternal.