Diodos Schottky o diodo de portador caliente

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Hablanos detalladamente sobre los Diodos Schottky

¡Excelente! Los diodos Schottky son un tipo fascinante de diodo semiconductor con características muy particulares que los hacen ideales para ciertas aplicaciones. Vamos a explorarlos a fondo.

¿ Qué es un diodo Schottky ?

Un diodo Schottky, también conocido como diodo de barrera Schottky o diodo de portador caliente, se diferencia fundamentalmente de los diodos de unión PN tradicionales. En lugar de una unión entre un semiconductor tipo P y uno tipo N, un diodo Schottky forma una unión metal-semiconductor. Típicamente, se utiliza un metal (como platino, cromo, tungsteno o aluminio) en contacto con un semiconductor dopado tipo N (aunque también existen diodos Schottky con semiconductor tipo P, son menos comunes).

La formación de esta unión metal-semiconductor crea una barrera de Schottky en la interfaz, que actúa de manera similar a la unión PN de un diodo convencional, permitiendo el flujo de corriente preferentemente en una dirección.

Características clave distintivas de los diodos Schottky

Baja caída de voltaje directo (V F ​ ): Esta es una de las ventajas más significativas de los diodos Schottky. Debido al mecanismo de conducción diferente (basado principalmente en electrones mayoritarios o "portadores calientes" en el semiconductor), la caída de voltaje directo a una corriente dada es significativamente menor que la de un diodo de silicio estándar (típicamente entre 0.2V y 0.5V, dependiendo del metal y la corriente). Esta baja caída de voltaje reduce las pérdidas de potencia y la generación de calor en aplicaciones de conmutación y rectificación.

Tiempo de recuperación inversa muy rápido (t rr ​ ): Otra ventaja crucial de los diodos Schottky es su extremadamente rápido tiempo de recuperación inversa. En los diodos PN, cuando se cambia de polarización directa a inversa, los portadores minoritarios almacenados en las regiones P y N deben recombinarse antes de que el diodo pueda bloquear la corriente inversa. En los diodos Schottky, la conducción se basa principalmente en portadores mayoritarios, por lo que no hay una acumulación significativa de portadores minoritarios. Esto resulta en tiempos de recuperación inversa del orden de picosegundos a unos pocos nanosegundos, lo que los hace ideales para aplicaciones de alta frecuencia y conmutación rápida.

Baja capacitancia de unión (C j ​ ): La capacitancia asociada con la unión metal-semiconductor en los diodos Schottky suele ser menor que la de los diodos PN de tamaño comparable. Esto también contribuye a su buen rendimiento en aplicaciones de alta frecuencia.

Mayor corriente de fuga inversa (I R ​ ): En general, los diodos Schottky tienden a tener una corriente de fuga inversa más alta que los diodos de silicio estándar a la misma temperatura. Esta fuga aumenta significativamente con la temperatura, lo que puede ser una limitación en algunas aplicaciones de alta temperatura.

Menor voltaje inverso máximo (V RRM ​ ): Tradicionalmente, los diodos Schottky han tenido limitaciones en cuanto al voltaje inverso máximo que pueden soportar en comparación con los diodos de silicio de propósito general. Sin embargo, la tecnología ha avanzado y ahora existen diodos Schottky con voltajes inversos más altos, aunque generalmente no alcanzan los niveles de los rectificadores de alta tensión.

Conducción unipolar (portadores mayoritarios): La conducción en un diodo Schottky se basa principalmente en el flujo de electrones (en el caso de un semiconductor tipo N) que superan la barrera de potencial desde el semiconductor hacia el metal. No hay inyección de portadores minoritarios como en los diodos PN.

Símbolo esquemático:

El símbolo esquemático de un diodo Schottky a menudo se dibuja con una ligera variación del símbolo del diodo estándar para distinguirlo:

Ánodo (+) Cátodo (-)

      |>|----------|

A veces, la línea vertical del cátodo se dibuja con dos curvas en forma de "S", simbolizando la unión metal-semiconductor.

Aplicaciones de los diodos Schottky :

Las características únicas de los diodos Schottky los hacen ideales para una amplia gama de aplicaciones:

Rectificación de alta frecuencia: Su rápido tiempo de recuperación inversa los hace excelentes para rectificar señales de alta frecuencia en fuentes de alimentación conmutadas, convertidores DC-DC y detectores de RF.

Protección contra polaridad inversa: Su baja caída de voltaje directo los hace eficientes para proteger circuitos sensibles contra la conexión incorrecta de la fuente de alimentación, ya que la caída de voltaje a través del diodo en conducción es mínima.

Clamping de voltaje: Se utilizan para limitar voltajes a un nivel seguro, especialmente en circuitos de alta velocidad.

Detección de señales: Su baja caída de voltaje los hace sensibles a señales de baja amplitud, por lo que se utilizan en detectores de señales de radiofrecuencia y microondas.

Mezcladores de frecuencia: En circuitos de comunicación, se utilizan para mezclar señales de diferentes frecuencias.

Diodos de abrazadera (clamping diodes) en circuitos digitales de alta velocidad: Para evitar que las señales excedan los límites de voltaje y mejoren la integridad de la señal.

Fuentes de alimentación de baja tensión y alta eficiencia: Su baja caída de voltaje reduce las pérdidas de potencia, lo que es crucial en aplicaciones de baja tensión donde cada voltio cuenta.

Rectificación síncrona: En algunas fuentes de alimentación conmutadas de alta eficiencia, los diodos Schottky se utilizan en lugar de MOSFETs como rectificadores controlados para minimizar las pérdidas de conducción.

Consideraciones al seleccionar un diodo Schottky :

Al elegir un diodo Schottky para una aplicación específica, es importante considerar los siguientes parámetros:

Voltaje inverso máximo (V RRM ​ ): Asegurarse de que sea suficiente para el voltaje pico inverso máximo esperado en la aplicación, con un margen de seguridad adecuado.

Corriente directa promedio (I F(AV) ​ ): Debe ser capaz de manejar la corriente promedio esperada.

Caída de voltaje directo (V F ​ ) a la corriente de funcionamiento: Minimizar esta caída para reducir las pérdidas de potencia.

Tiempo de recuperación inversa (t rr ​ ): Crítico para aplicaciones de alta frecuencia.

Corriente de fuga inversa (I R ​ ) a la temperatura de funcionamiento: Importante para aplicaciones sensibles a la corriente de fuga y en entornos de alta temperatura.

Capacitancia de unión (C j ​ ): Puede ser relevante en circuitos de muy alta frecuencia.

Encapsulado y capacidad de disipación de calor: Asegurarse de que el diodo pueda disipar el calor generado.

En resumen, los diodos Schottky son componentes valiosos en la electrónica moderna, especialmente en aplicaciones que requieren baja caída de voltaje directo y conmutación rápida. Su unión metal-semiconductor les confiere características únicas que los hacen indispensables en fuentes de alimentación eficientes, circuitos de alta frecuencia y protección de polaridad. Si bien pueden tener una mayor corriente de fuga inversa y limitaciones en el voltaje inverso máximo en comparación con algunos diodos PN, sus ventajas en ciertas áreas son significativas.