1. Чи можна сказати, що настав час попрощатися з діодом Шотткі?
2. Чому це має істотне значення?

Діоди на основі переходу «метал-напівпровідник», описані теоретично Вальтером Шотткі в 1930-і роки, сьогодні застосовують там, де необхідні їх ефективні електричні параметри, такі як мале падіння напруги на переході (VF) і швидке перемикання (tRR).

Але за ці переваги доводиться платити. Основний недолік діодів Шотткі пов'язаний з відносно високим струмом витоку. Струм витоку, що позначається в іноземних джерелах як 'IR' (струм у зворотному напрямку), зазвичай вимірюється в мікроамперах (10-6 А) для невеликих діодів Шотткі і може досягати декількох міліампер (10-3 А) для більш потужних діодів. У порівнянні з діодами Шотткі у володіють малою витоком діодів з pn переходом ( «напівпровідник - напівпровідник») цей параметр знаходиться в діапазоні наноампер (10-9 А), а більш потужні діоди мають струм витоку в кілька мікроампер.

У пристроях з батарейним харчуванням, таких як смартфони, планшети і смарт-годинник, цей недолік діодів Шотткі скорочує термін роботи від акумуляторної батареї. Для вирішення проблеми використовувалися транзистори на основі ефекту Шотткі - з таким же низьким прямим напругою на переході, але з меншим струмом витоку. В окремих випадках такий підхід був успішним, але доводилося жертвувати іншим важливим параметром діодів Шотткі - швидким часом перемикання. Виникали додаткові складності і в процесі виготовлення приладів, так як потрібно було використовувати більш складні технології КМОП.

Чи можна сказати, що настав час попрощатися з діодом Шотткі?

Скоріш за все ні! ON Semiconductor продовжує фінансувати дослідження діодів Шотткі і вже має придатні для масового виробництва напівпровідникові прилади малої потужності з використанням технології Trench, які знайдуть застосування в обмежених по енергоресурсах пристроях. З урахуванням того, що діоди типу Schottky Trench вже широко використовуються в енергоємних пристроях промислового призначення, ON Semiconductor розширює можливості цієї технології і для області малих енергій, випускаючи вдосконалені діоди Шотткі для світлодіодного освітлення, систем батарейного електроживлення і бездротової зарядки.

Нове сімейство діодів невеликої потужності з використанням технології Trench володіє невеликими VF і tRR (як у діодів Шотткі) і забезпечує низький струм витоку, який можна порівняти з струмом витоку звичайних діодів, близьких за швидкодією до діодів Шотткі. Відмітна ознака діодів малої потужності Schottky Trench - поєднання низьких VF і IR, необхідне для оптимізації потужності, що розсіюється в енергочувствітельних приладах. Ця технологія дозволяє інженерам використовувати її переваги в обмежених по енергоресурсах додатках; наприклад, в бездротових зарядних пристроях.

Мал. 1. Міст на діодах Шотткі в бездротовому зарядному пристрої

Так як енергія, передана бездротовим способом в приймальний блок живлення (RPU), відносно невелика, все подальші втрати в ланцюгах перетворення енергії повинні бути зведені до мінімуму для того, щоб максимально прискорити процес зарядки. Важливим елементом в цьому ланцюжку є мостовий випрямляч, який перетворює сигнал змінного струму в електричний сигнал постійного струму (DC). Потім він обробляється за допомогою перетворювача постійного струму (DC / DC), щоб привести напругу до рівня, необхідного для зарядки акумулятора бездротового пристрою. Таким чином, мостовий випрямляч повинен мати мінімальний вплив на втрату потужності: втрати прямого напруги і струму повинні бути зведені до мінімуму, так як вони знижують цінну потужність, передану блоком Power Transmitting Unit (PTU).

Мал. 2. Вплив VF і IR на загальну ефективність повного моста

Як приклад розглянемо позитивну півхвилю на котушці прийомної антени. Падіння напруги на діоді D1 зменшить амплітуду напруги хвилі (Vwave); в результаті, ми маємо ефективну напругу (Vres = Vwave-VF), яке потім подається на перетворювач постійного струму DC / DC. Однак, прийнята полуволна струму (Iwave) буде урізаною, в основному, через струму витоку діода D4 (IR4) і частково за рахунок струму витоку діода D2.

Отже, корисний результуючий струм приймальні ланцюга Ires = Iwave - (IR2 + IR4). Виконані з використанням технології Trench, нові діоди Шотткі оптимізовані для цього випадку таким чином, що пряме падіння напруги (VF) і втрати за рахунок зворотного струму (IR) забезпечують мінімальні втрати по потужності.

Чому це має істотне значення?

Уявімо собі діод Шотткі з відмінним VF = 0,2 В, але з IR = 3 мА. У випрямному мосту оптимальне пряме падіння напруги мало що змінить, якщо випрямленний імпульс буде буквально з'їдений струмами витоку в зворотному напрямку (IR) у інших діодів. І, навпаки, при дуже невеликому струмі витоку в 1 нА (як у діодів з pn переходом) пряме падіння напруги може досягати 0,8 В. Занадто великі втрати напруги у вхідних ланцюгах ускладнюють його подальше підвищення за допомогою перетворювача DC / DC. Тому необхідно дотримуватися балансу між IR і VF так, щоб мінімізувати втрати потужності і наблизити напругу сигналу якомога ближче до значення на приймальній котушці. Компанія ON Semiconductor направила інвестиції в НДДКР з метою оптимізації втрат електроенергії в новому сімействі діодів Шотткі малої потужності, виконаних з використанням технології Trench.

Описані переваги не пов'язані з більш складним процесом обробки, який, в свою чергу, може знизити надійність приладів. Замість цього команда дослідників ON Semiconductor зосередилася на спрощення виробничого процесу при збереженні високих вимог до якості і надійності, що дозволить використовувати продукцію, наприклад, в автоіндустрії. Перша серія нових діодів Schottky Trench малої потужності вже випускається ( NSR05T ).

У розробці знаходиться наступне вдосконалене покоління діодів Schottky Trench з вкрай низькою втратою потужності за рахунок оптимізації значень VF і IR.