Schottky-Diode

 


 

Einleitung

Bei der Schottky-Diode handelt es sich um eine Weiterentwicklung der normalen PN-Diode. Dabei macht sie sich die Eigenschaft zunutze, welche auftritt, wenn man Halbleiter und Metall zusammenfügt.

 

 

Aufbau

Schaltzeichen

Vorteile

-Schaltet schneller
-Durchlassspannung geringer

Nachteile

-Sperrstrom ist höher

 

 

Erklärung / Funktion der Schottky-Diode

Die Schottky-Diode funktioniert genau so wie die normale PN-Diode. Das bedeutet, der Strom kann nur in einer Richtung durch das Bauteil fließen.

Die normale PN-Diode besteht aus einer p und einer n dotierten Schicht, welche zusammengefügt werden und den PN-Übergang bilden. Wie bereits erklärt, besteht die Schottky-Diode aus nur einer dotierten Halbleiter-Schicht und einer Metall-Schicht.
Hierbei haben wir dieselbe Funktion wie bei der normalen PN-Diode, allerdings mit etwas anderem Verhalten auf Halbleiter-Ebene und etwas anderen Parametern. Diese sind besser in der unten gezeigten Kennlinie zu sehen.

Um genau zu verstehen wie die Schottky-Diode aus Sicht des Halbleiters funktioniert, empfiehlt sich folgender Beitrag:
Schottky Diode aus Halbleiter-Sicht

 



 

Halbleiteraufbau / Schottky-Kontakt

Der Aufbau der Schottky-Diode ist recht einfach. Sie besteht aus Metall und einem dotierten Halbleiter. Normalerweise wird für den dotierten Halbleiter ein N-Halbleiter verwendet. Es führen 2 Anschlüsse nach außen. Diese werden als Anode und Kathode bezeichnet.

 

Material Eigenschaften
Der dotierte Halbleiter und das Metall weisen bestimmte Eigenschaften auf. Wichtig ist dabei, dass die Eigenschaften beider zueinander passen. Die sogenannte Austrittsarbeit spielt dabei eine wichtige Rolle.
Werden beide Materialien getrennt voneinander betrachtet, muss die Austrittsarbeit des Metalls größer sein als die des N dotierten Halbleiters. Wm > Wh.
Dann kommt es beim Zusammenfügen zum Schottky-Kontakt und so auch zur Schottky-Diode.
Für genauere Informationen welche Eigenschaften wichtig sind und warum:
Schottky Diode aus Halbleiter-Sicht

 

Verhalten der Ladungsträger
Aus Sicht der Ladungsträger bewegen sich beim Zusammenfügen beider Materialien ein paar Elektronen vom Halbleiter zum Metall. Zurück bleiben die Donatoren (die ionisierten Störstellen). Es entsteht eine Raumladungszone.

Dies hat zur Folge, dass sich an der Grenze der Halbleiter gegenüber dem Metall auflädt. Es entsteht wie beim PN-Übergang eine Spannung. Durch die Spannung können auch keine weiteren Elektronen vom N-Dotierten-Gebiet ins Metall übergehen.

Für die genauere Erklärung auf Halbleiter-Ebene (inkl. Bändermodell) + das Verhalten in Flussrichtung und Sperrrichtung:
Schottky Diode aus Halbleiter-Sicht

 



 

Schaltzeichen / Symbol der Schottky-Diode

Das Schaltzeichen der Schottky-Diode ähnelt dem der normalen PN-Diode.

 



 

Kennlinie der Schottky-Diode

Die Kennlinie der Schottky-Diode kann in zwei Bereiche geteilt werden. In den Flussbereich und den Sperrbereich. Hierzu wird eine Spannung an die Diode gelegt, zwischen Anode und Kathode (Metall und N dotierter Halbleiter).

 

Durchflussbereich
Im Durchflussbereich ist die Spannung positiv. Der +Pol liegt an der Anode und der Pol an der Kathode. Bei der normalen PN-Diode fängt ab einer bestimmten Spannung (zB 0,7V) ein Strom zu fließen.
Bei der Schottky-Diode ist diese Spannung viel niedriger. Da hier die Raumladungszone zwischen P und N-Schicht nicht überwunden werden muss.
Mehr dazu ebenfalls
Schottky Diode aus Halbleiter-Sicht

 

Sperrbereich
Der Sperrbereich zeigt bei beiden Dioden, dass ab einer bestimmten Spannung die Dioden durchbrechen. Dies ist allerdings erst bei einer relativ hohen (neg.) Spannung (hier ca -10V der Fall).
Legt man nur eine relativ kleine Spannung (zB -2V) an, schadet es der Diode nicht. Allerdings fließen sogenannte Sperrströme. Wie zu sehen, fließen durch die Schottky-Diode wesentlich größere Sperrströme als durch die normale Silizium-Diode.
Wer auch hier den genauen Grund erfahren will kann dies in folgendem Beitrag nachlesen:
Schottky Diode aus Halbleiter-Sicht

 

Vorteile

Vorteil: Schaltet schneller
Was passiert, wenn eine Diode vom Leitenden in der sperrenden Zustand übergeht? (Ausschaltzustand)
Bei der PN-Diode bildet sich eine Sperrschicht. Löcher und Elektronen rekombinieren. Bei der Schottky-Diode sind nur Majoritätsträger (N-Leiter = Elektronen) beteiligt. Daher findet keine Rekombination statt. Es werden keine Minoritätsladungsträger injiziert und gespeichert. Diese müssen dann auch nicht abgebaut werden, was Zeit spart. Daher ist die Schottky-Diode schneller im Schalten.
Injektion
Ausschaltverhalten der PN-Diode

 

Vorteil: Schleusenspannung / Durchlassspannung geringer
Die Schottky-Diode weist im Vergleich zur PN-Diode eine geringere Schleusenspannung auf. Damit Elektronen durch die Diode fließen können, muss die Sperrschicht überwunden werden. Bei der PN-Diode den Aktoren und Donatoren welche sich im P und N Gebiet befinden. Bei der Schottky-Diode nur aus den Donatoren des N-Gebiets. Klarer wird dies nochmal, wenn man sich den Halbleiteraufbau anschaut. Bei der Schottky-Diode muss nur die Verarmungszone / die Barriere des N-Halbleiter überwunden werden, bei der PN-Diode beide Barrieren (die größere Verarmungszone / Raumladungszone).

 

Nachteile

Nachteil: Sperrstrom ist höher
Im Vergleich zur PN-Diode weist die Schottky-Diode einen höheren Sperrstrom auf. Wie bereits erklärt, können Elektronen aus dem Metall die Barriere überwinden und ins N-Gebiet überlaufen. Dies geschieht, wenn die Elektronen im Metall eine genügend hohe Energie ausweisen.
Der Sperrstrom bei der Schottky-Diode besteht also aus Majoritätsladungsträgern (Beim N-Halbleiter aus Elektronen). Der Sperrstrom ist entsprechend deutlich stärker von der Sperrspannung abhängig als bei der PN-Diode.