دیود شاتکی یکی از انواع اجزای الکترونیکی می باشد و همچنین به دیود مانع کننده نیز معروف است . از این دیود در کاربردهای مختلفی مانند میکسر، فرکانس رادیویی، و به عنوان یکسو کننده در یکسو ساز قدرت استفاده می شود. دیود Schottky یک دیود ولتاژ پایین است و افت ولتاژ کمتری نسبت به دیودهای اتصال PN دارد. این دیود را با نام های دیگری نیز می شناسند که شامل دیود حامل داغ (Hot Carrier Diode) و دیود مانع سطحی (Surface Barrier Diode) و دیود الکترونی داغ می شود. در این مقاله ساختار این دیود و کاربردهای آن مورد بحث قرار می گیرد.
دیود شاتکی چیست؟
دیود شاتکی یک دیود نیمه هادی با عملکرد سوئیچینگ بسیار سریع و بالا، اما افت ولتاژ پایین می باشد. هنگامی که جریانی از دیود عبور می کند، افت ولتاژ کمی در پایانه های دیود وجود دارد. در یک دیود عادی، افت ولتاژ بین 0.6 تا 1.7 ولت می باشد، در صورتی که در این دیود افت ولتاژ به طور معمول بین 0.15 تا 0.45 ولت می باشد. این افت ولتاژ پایین باعث می شود تا سرعت سوئیچینگ بالاتر برود و همچنین سیستم بهترین کارایی را داشته باشد.
در دیود شاتکی، یک اتصال نیمه هادی و فلز ایجاد می شود. نیمه هادی نوع N به عنوان کاتد و سمت فلزی به عنوان آند در دیود عمل می کنند. در صورتی که دیود های معمولی، بر خلاف دیود شاتکی دو اتصال نیمه هادی نوع N و نیمه هادی نوع P تشکیل می شود.
ساختار دیود شاتکی
طبق توضیحات بالا، در دیود شاتکی محل اتصال یک طرفه می باشد. همچنین جریان در این دیود از فلز به نیمه هادی نوع N عبور نمی کند و مانند یک تک قطبی کار می کند. در این دیود، آلومینیوم یا پلاتین جایگزین نیمه هادی نوع P شده است. نیمه هادی در این دیود از گالیوم ساخته شده و در کاربردهای با فرکانس پایین نیز سیلیکون را به کار می برند. پتانسیل داخلی دیود مانع شاتکی با مدار باز، دیود شاتکی را مشخص می کند.
دیود شاتکی تابعی از افت دما ست و به کاهش دما وابسته است. همچنین این دیود باعث کاهش و افزایش غلظت ناخالصی دما در نیمه هادی نوع N می شود. فلزاتی مانند مولیبدن، پلاتین، کروم، تنگستن، آلومینیوم، طلا و غیره در دیود مانع شاتکی استفاده می شود و نیمه هادی مورد استفاده نوع N هم همراه آنها به کار می رود.
کاربردهای دیود شاتکی
دیودهای شاتکی برای ولتاژ های کم مورد استفاده قرار می گیرد و همینطور زمان بازیابی آن نیز سریع است. از این دیود به دلیل داشتن ویژگی کاهش مصرف انرژی در فرکانس های بالاتر استفاده می شود. در حالی که هیچ کدام از دیود ها قادر نیستند مانند دیود شاتکی عمل کنند. از این دیود به دلیل تراکم جریان زیاد برای کاربردهای بستن ولتاژ و جلوگیری از اشباع ترانزیستور استفاده می شود. بنابراین، این دیودها اغلب در بسیاری از کاربردها جزء گزینه ی ایده آل دستگاه های نیمه هادی به شمار می رود. پنج مورد از رایج ترین کاربردها برای این دیود را بیان می کنیم :
- میکسر فرکانس رادیویی RF و دیود آشکارساز
دیودهای شاتکی دارای قابلیت های فرکانس بالا هستند، همین ویژگی باعث می شود که آنها را در فرکانس رادیویی بکار ببرند. علاوه بر این، این دیود ها دارای پیکربندی های مختلف اتصال نیمه هادی فلزی می باشند و از این دستگاه های نیمه رسانا با ولتاژ پایین، در مدارهای آشکارساز قدرت یا میکسر استفاده می شود.
- برق یا مدار (منابع تغذیه)
این دیودها را می توان در کاربردهایی که جریان توسط دو منبع تغذیه موازی تولید می شوند، استفاده کرد. یکی از ویژگی های این دیود داشتن افت ولتاژ پایین می باشد، همین ویژگی نیز، این دیود ها را برای استفاده در کابردهای برق یا مدار سازگار می کند. وجود این دیودها همچنین از جریان معکوس جریان ورودی از یک منبع به منبع دیگر جلوگیری می کند.
- دیود مهار کننده
از دیودهای شاتکی به عنوان کلید اصلی در دیود مهار کننده سریع استفاده می شود. در این دیود، اتصال پایه به سمت جلو می باشد. این دیودها زمان خاموش شدن را به میزان قابل توجهی کاهش می دهند و همچنین سرعت مدار نیز افزایش می دهند، زیرا این دیود ها بیشترین جریان را از خود عبور می دهند.
- سلول خورشیدی
سلول های خورشیدی غالباً برای ذخیره انرژی به باتری های قابل شارژ متصل می شوند زیرا خورشید به عنوان منبع انرژی 24 ساعته در دسترس نیست. دیودهای شاتکی از تخلیه باتری ها در شب توسط سلول های خورشیدی جلوگیری می کنند و همچنین این دیود ها از تخلیه سلول های خورشیدی با عملکرد بالا از طریق سلول های خورشیدی با کارایی پایین جلوگیری می کنند. در واقع از دیود شاتکی به صورت سری با سلول خورشیدی استفاده می کنند.
- یکسو ساز قدرت
دیودهای شاتکی بهترین دستگاه های نیمه هادی می باشند و در یکسوساز قدرت مورد استفاده قرار می گیرند، زیرا این دستگاه ها بر خلاف ویژگی های دستگاه های اتصال PN معمولی، هم چگالی جریان بالا دارند و هم افت ولتاژ کمتری دارند. این مزایای گفته شده موجب پایین آمدن سطح حرارت و همچنین به طور کلی باعث افزایش کارایی سیستم الکترونیکی می شود.