쇼트키다이오드

소개글

쇼트키다이오드에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 개요

2. 기본이론

3. 심화학습

본문내용

믹서용과 고속 스위칭용이다.
- 정류용 쇼트키 베리어 다이오드
쇼트키 베리어형의 순방향 전압 강하가 작은 것을 이용한 정류용 다이오드이다. 역방향내압은 높게 만들기 어려워 30∼40V가 보통이므로 저전압, 대전류의 전원 정류용이다. 역회복시간이 작기 때문에 고주파를 정류하는 DC-DC 컨버터나 스위칭 전원용으로 적당하다.
SBD의 제조 방법 및 원리
- 제조방법
n형 반도체와 금속을 접촉시켜, 금속에는 정(正), 반도체에는 부(負)의 전압을 주면, 반도체에서 금속의 뜨거운 전자(hot carrier)가 주입된다. 홀(hole)은 관여하지 않으므로 접합부에 소수 캐리어 축적이 없으며, 금속 동작의 Diode를 얻을 수 있다. 반도체에는 실리콘이나 갈륨비소(GaAs), 또 금속에는 몰리브텐(Mo), 티탄(Ti), 금(Au)등이 사용
그림 1. Pellet structure of Schottky barried diodes
그림 2. Flow chart of manufacture process
- 원리
SBD의 전기적 특성은 금속과 반도체를 접촉시켰을 때 발생되는 Potential 장벽이 높이 B에 의해 좌우되고 표면전위밀도 (Surfae Satate Density)가 Zero인 경우,
B = M - : Si - 4.01V <식-1>
로써 표시된다. 여기서, M = 금속의 Work funchion
= 반도체의 electron
는 반도체의 불순물농도에 의존하는 량이고, M은 금속의 종류에 의해 크게 변화된다. 그러나 실제 Device에서 B는 surface state에 의해 크게 변화되므로 <식-1>의 관계식이 반드시 만족하진 않는다.
SBD의 전압-전류 특성은 순방향에서 <식-2>로 표현 된다. 또한 역방향에선 <식-3>로 표현될 수 있고, <식-4>에는 영상력, 전계효과에 의한 barrier 높이의 저하가 고려되어서 역방향 특성이 비 포화특성을 설명할 수가 있다.
IF = IS exp(qVF / nkT) <식-2>
IR = IS exp(qVB / kT) <식-3>
IS = SA-KT2exp(q B / kT) <식-4>
= (qE/4 fS)1/2 <식-5>
E = (2qND(VR+Vd)/ S)1/2 <식-6>
Where, IF : 순전류, VF: 순방향 전압, IR : 역 전류, VR : 역 전압, Vd : 확산 전위
S : 전극 면적(㎤), AK : Richardson 정수(A/㎠k2), q : 전하량
T : 절대 온도(K), n :이상인자, S : 유전율(F/m), ND : 불순물 농도
<표-1>에 각 금속의 n형 Si에 대한 B를 나타낸다. <식-2>, <식-3>을 사용하여 B의 크기에 의한 전기적 특성의 크게 좌우 된다. 이러한 관계는 <그림-1>에 나타내었다. IR은 <식-3>의 근사식인 <식-4>에 기초로 하여 계산된 것이므로 150 에서 단위 면적당의 값이다. VF는 <식-2>로 부터 산출되고 여기서 가한 저항에 의한 전압 강하분은 포함되지 않는다. 이와 같이 B의 증대는 역전류를 감소시키지만 순방향 강하가 커지게 되는 상반되는 현상을 나타내므로 사용하는 용도 등에 의해서 적당한 B 를 가지는 금속을 선택할 필요가 있다. 더욱이 전력용 SBD의 경우 Chip면적이 크고 따라서 금속의 열팽창계수, 열적 안정성 등의 신뢰성에 관계되는 문제도 무시할 수 있다. 이와 같은 관점으로 부터 Schottky 전극은 Mo, W, Pt, Cr 등이 적당하다. 소자 설계시 중요한 사항은 Si 기판의 설계이다. 역방향 내압은 반도체 기판의 비저항에서 결정된다. SBD에 있어서는 직렬저항 감소가 일반적이므로 epitaxial WF가 사용되고 이러한 epi층의 비저항과, 두께가 주요한 설계변수가 된다. 이때 공핍층 폭 W와 불순물 농도 ND와의 관계는
W = ( 2ES(VD+VR) / qND )1/2 <식-7>
SBD의 전기적 특성 및 용어 설명
- 전기적 특성 (AUK SDB2301)
- 용어 설명
VR(역방향 전압, 역방향 내전압) : "몇 V까지 파손이 안 되는가?", 다이오드가 어느 정도의 역방향 전압에 견디고 파손되지 않는가를 나타낸다.
IF(순방향 전류) : " 몇 A까지 흘릴 수 있는 가?", 다이오드는 순방향으로 전류를 잘 흘린다.
IFM( 첨두 순방향 전류) : 순방향으로 흘릴수 잇는 전류의 최대값, IFSM과는 달리 반복상태를 허용하고 있다.
IFSM(Isurge : 서지 전류) : Maker에 따라서는 Isurge의 약부호를 쓰고 있다, 반복 없이 과도적으로 순방향으로 흐를 수 있는 최대전류를 말한다. 이것에는 조건으로 통전시간이 주어지지만 전원 정류용의 전류소자로서는 상용주파수(50∼60Hz)의 1cycle로 하고 반복되는 서지전류의 경우에는 정격을 내리는(디레이트)것이 필요하다. 소전류 다이오드에서는 펄스폭을 규정하고 있는 것이 많다.
P(허용 전력) : 순방향으로 흐르고 있는 전류와 순방향 전압의 곱, [주의] 역방향전압(VR)과 순방향 전류(IF) 또한 허용전력(P)의 3가지중 어느 하나라도 이것을 초과하면 다이오드는 파손됨. 일반적으로 모두 (VR,IF, P)의 각각 절반정도까지 사용하는게 좋다.
trr(역회복시간) : 스위칭의 속도를 나타낸 것으로 다이오드가 순방향으로 부터 돌연 역방향으로 전압이 변할때에 어느 정도 지연되어 전류가 오프되었는지를 나타낸다. 스위칭용으로서 이 trr이 작을수록 양호하다. 시간의 계측은 역방향 전류가 Peak값 Ir의 50% 혹은 10%까지 내려가는 일이 보통이다.
C(정전용량) : 일반적으로 다이오드를 역방향 바이어스 가했을 때의 단자간 정전용량으로서 믹서 다이오드, 스위칭 다이오드 등에서는 어느 폭의 규격 중에 넣을 필요가 있다. 측정전압에 의해 변하는 것이기 때문에 주의가 필요하다. 또한 PN접합의 용량인지를 명확히 나타내고 싶을때는 접합용량 Cj, 단자간 용량 3%정도의 편차를 두어 Pair로 사용한다. 이로 인해 동일 형명으로 1000가지나 세부 구분한 경우가 있으므로 Maker의 상세한 Caltalogue를 입수해야 한다.
특성 Graph 비교
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