¿Qué es el Diodo Schottky? Función, ejemplos y características

Juan Carlos G 2020-05-26
1
¿Qué es el Diodo Schottky? Función, ejemplos y características


Hola ¿Qué tal estás, viajero? Me da mucho gusto saludarte y tenerte aquí nuevamente. En esta ocasión te hablaré de un componente electrónico de gran importancia, tal es así que es uno de los diodos más utilizados en el campo de la electrónica y electricidad: el diodo Schottky también llamado diodo de Barrera.

El tema es bastante extenso, sin embargo, intentaré explicarte poco a poco en que consiste este diodo. Iremos desde su definición, hasta conocer en que se aplica este componente, pasando por otros subtemas como su fabricación y los cálculos matemáticos necesarios para su análisis.

 

 

A continuación, te menciono cuales son los temas que abordaremos:

  • ¿Qué es? Definición
  • Características, símbolo e historia.
  • ¿Cómo está construido?
  • Curva característica.
  • Ejemplo de aplicación.
  • Aplicaciones.

El objetivo es que al final estés preparado, para que, cuando te encuentres con este diodo puedas darle solución y sacarle todo su potencial sin ningún problema.

 

¿Qué es el diodo Schottky?

Para conocer lo que es un diodo Schottky, vale la pena recordar la definición de un diodo y sus distintas características.

Un diodo es un dispositivo semiconductor que actúa esencialmente como un interruptor, en el cual la corriente va en una sola dirección. Sin embargo, no permite que la corriente fluya en dirección opuesta.

Estos dispositivos también se les conoce como rectificadores, ya que pueden cambiar corriente alterna (CA) a corriente directa (DC).

Los diodos tienen polaridad:

  • El ánodo es el terminal positivo.
  • mientras que el cátodo es el terminal negativo.

Estas conexiones de pueden configurar de diferentes formas respecto a la corriente; si tiene una conexión que permite el flujo de la corriente, se dice que el diodo está directamente polarizado, mientras que, si está conectado en forma de que no pase la corriente, se dice que el diodo está inversamente polarizado.

El Schottky comparte las mismas características, sin embargo, tiene algunas diferencias que son destacables y que debes reconocer.

Un diodo Schottky, o también conocido como diodo de barrera, es uno de los muchos tipos de diodos semiconductores hecho de metal y silicio, el cual tiene una acción de conmutación rápida en conjunto con una caída de tensión directa baja.

Este diodo produce una caída de tensión en cada terminal cuando una corriente fluye a través de este y se utilizan para prevenir una saturación del transistor; en fuentes de alimentación como rectificador, circuitos de alta frecuencia y en la mayoría de sistemas digitales como computadoras. En general, se utiliza en aquellas aplicaciones sensibles respecto a la corriente y la tensión.

Estos diodos generalmente surgen de la unión del silicio tipo n con platino. Lo veremos a fondo más adelante.

 

Características de un diodo Schottky

Una de sus características más destacables, es su velocidad de conmutación, la cual permite rectificar señales de altas frecuencias (de hasta 300MHz).Estos diodos también se caracterizan por no tener una capa de agotamiento asociada a la unión de metal-semiconductor, mientras que los diodos estándar tardan en eliminar la carga de la capa de agotamiento cuando hay un cambio de estado (encendido-apagado).

Además, permite eliminar picos de corriente y en conmutación alta, con tiempos de respuesta rápidos.

Otra característica viene representada por su tensión umbral, ya que es una tensión de aproximadamente 0,2 a 0,4 v; a diferencia de lo diodos normales hechos de silicio, los cuales tienen una tensión umbral de 0,7v.

 

Símbolo del diodo Schottky

 

Símbolo eléctrico del Diodo Schottky

 

Un poco de historia

El diodo Schottky es llamado así en honor al físico alemán Walter H. Schottky. En 1938 este físico logró formular una teoría que predecía el efecto Schottky (efecto que descubrió su padre, Hermann Schottky); dicho efecto está presente en estos diodos.

Como dato interesante, Walter H. Schottky además de ser precursor del diodo Schottky, también inventó la válvula termoiónica o tubo de vacío de cuatro electrodos en el año 1919 y en 1915 inventó la pantalla de la red de tubo de vacío.

 

¿Cómo está construido un diodo Schottky?

Algo que es muy conocido y estoy casi seguro que sabes, es que el silicio (Si) es uno de los materiales más usados si se trata de fabricar dispositivos y componentes electrónicos, esto gracias a las propiedades físicas que posee este material semiconductor, y el diodo de barrera no es la excepción, ya que es el material semiconductor principal para desarrollar estos diodos.

Además del silicio, también se suele utilizar el arseniuro de galio (GaAs), material adecuado para la detección de señales de frecuencia alta y puede proporcionar barreras de potencial metal-semiconductor de alta calidad, las cuales no es fácil alcanzar por otros semiconductores.

Sabiendo esto, ya puedes saber que el Schottky está formado por una película metálica, la cual está en contacto directo con el semiconductor. Esta película de metal se deposita en un tipo de material N. La parte metálica es el ánodo, y el semiconductor es el cátodo.

 

Construcción de un diodo Schotty

 

Contacto óhmico

Este diodo está constituido por dos tipos de contacto: el contacto óhmico y el contacto Schottky. El contacto óhmico tiene una fuerte aplicación en la fabricación de semiconductores, son contactos que se caracterizan por ser muy versátiles.

El contacto óhmico en un Schottky es de suma importancia, ya que es necesario para inyectar señales en una unión Schottky, sin embargo, para que esto sea posible el contacto óhmico debe poseer baja resistividad y resistencia a las altas temperaturas

El material más utilizado para realizar contactos óhmicos es el titanio (Ti); no obstante, también podemos encontrar funcional:

  • la plata (Ag)
  • tantalio (Ta)
  • platino (Pt)
  • niobio (Nb)
  • germanio (Ge)
  • y el níquel (Ni).

El contacto Schottky tiene características rectificadoras, debe ser semiconductor N y conducir la corriente de forma unidireccional.

 

Funcionamiento del diodo Schottky

Como ya te disté cuenta, la diferencia primordial que tienen los Schottky con los diodos normales, es que los Schottky tienen una unión de metal con semiconductor (barrera de Schottky), mientras tanto, los diodos estándar tienen una unión de naturaleza semiconductora P-N.

Gracias a lo anterior, el Schottky es un dispositivo semiconductor dopado con impurezas de tipo N, y solo los electrones móviles o portadores tipo N representaran totalmente el funcionamiento del diodo.

En este caso, o mejor dicho, en este diodo, no existe una recombinación de portadores tipo N y P como en los diodos rectificadores normales, lo cual da la ventaja al Schottky de tener una operación mucho más rápida.

Al igual que en el diodo estándar, aquí también se forma una zona de agotamiento en la que los electrones N (de la zona N) buscan niveles de energía menores, la cual encuentran en el material metálico, por lo tanto, cuando se está creando esa zona de agotamiento los electrones del metal se transfieren totalmente al material semiconductor.

Lo anterior tiene que ver con la barrera de potencial del diodo Schottky, la cual es de 0,2V, menor que la de un diodo estándar.

 

¿Qué pasa si polarizamos directa e inversamente?

Si el diodo Schottky se polariza de manera directa, la altura de la barrera para los electrones disminuye, resultando una conducción unipolar de portadores mayoritarios y provocando que los electrones de la zona N pasen al metal.

Si se trata de una polarización inversa, la altura de la barrera para los electrones que se encuentran en el semiconductor, por consecuencia, los electrones del semiconductor disminuyen su flujo hacía el metal, mientras que el valor del flujo de electrones del metal hacia el semiconductor se mantiene diminuto, provocando una corriente de pérdidas.

Gracias a este principio de funcionamiento, obtenemos que el Schottky tiene una caída de tensión de 0,2v, menor a la de un diodo semiconductor tipo P-N (0,7v). Sin embrago, presenta mayores corrientes de perdida que el diodo estándar.

A frecuencias bajas, un diodo normal tiene una facilidad de conmutación si la polaridad cambia de directa a inversa, no obstante, si la frecuencia comienza a elevarse, el tiempo de conmutación puede también llegar a aumentar y ser muy alto, lo que pone en riesgo a los dispositivos donde los estemos aplicando.

El diodo Schottky se puede reemplazar por un circuito muy sencillo, el cual también tiene muchas aplicaciones.

 

Circuito diodo Ideal

 

Diferencia entre la curva característica del diodo común y la del Schottky

Diferencia entre la curva característica del diodo común y la del Schottky

 

En este momento estás viendo la gráfica que caracteriza al diodo rectificador o PN común (azul), mientras que de color rojo es la curva característica del diodo Schottky o diodo de barrera. En la gráfica, se puede apreciar que el Schottky tiene una caída de voltaje menor cuando se encuentra directamente polarizado a comparación de diodo rectificador común.

Y se repite cuando son polarizados inversamente. La anterior característica es la razón por la que los Schottky son utilizados en sistemas electrónicos de baja potencia.

A simple vista, pueden parecer similares, no obstante, podemos notar otra diferencia importante: la tensión umbral en el que el Schottky comienza a conducir es de niveles bajos alrededor de los 0.2-0.3 volts.

Gracias a esta característica, la corriente directa del Schottky usualmente es mayor que la del diodo común, no obstante, este aspecto también depende mucho del tipo de electrodo metálico que se esté utilizando.

Por último, cabe destacar que el Schottky presenta una menor perdida de potencia, haciéndolo ideal para aplicaciones de alta corriente y bajo voltaje.

 

Ejemplos de uso

El diodo Schottky comúnmente está presente en muchas fuentes de alimentación de modo conmutado, ya que estos diodos tienen un voltaje nominal inverso de pico el cual se encuentra limitado si lo comparamos con el diodo común. Además, los diodos Schottky llegan a incluirse dentro de este tipo de fuentes gracias a que permiten un a protección de potencia inversa y supresión transitoria.

 

Ejemplo diodo schottky

Los Schottky también se pueden utilizar en conjunto con un transistor de unión bipolar tipo NPN, esto es de gran ayuda cuando se desea prevenir la saturación en circuitos lógicos, ya que de esta manera se disminuye el tiempo de retraso de propagación, haciendo que los circuitos TTL de Schottky sean eficaces al momento de utilizar chips de memoria de memoria.

 

Ejemplo de uso diodo schottky con transistores

 

Un último ejemplo de uso es en aquellas aplicaciones que requieren una prevención ante altas frecuencias, lo cual se puede realizar con circuitos que consistan en un diodo Schottky trabajando en conjunto con un diodo normal.

Generalmente este tipo de circuitos se utilizan de forma teórica para saber la corriente y tensión que pasa a través de cada diodo, es por eso que muchas veces nos encontramos resistencias, ya sea en serie o en paralelo.

 

Uso del diodo Schottky serie paralelo

 

Aplicaciones del diodo Schottky.

Como ya te pudiste haber percatado, el diodo Schottky tiene características únicas que lo hacen especial e ideal para algunas aplicaciones; un ejemplo de ello y que ya vimos anteriormente, es en las fuentes de alimentación conmutadas, en las cuales este tipo de diodos son esenciales para el funcionamiento de dicho sistema.

Pero ¿Qué hay más allá al hablar de las aplicaciones que tiene el diodo Schottky? A continuación, veremos algunas otras aplicaciones conocidas donde el protagonista es el diodo Schottky.  

  • Dentro del mundo satelital, los diodos de barrera se emplean para realizar multiplicadores de frecuencia, con el fin de aumentar la calidad de las imágenes obtenidas.
  • Los Schottky también suelen ser utilizados como detectores de pulsos y de radiación de microondas con potencia de nanowatts continua.
  • El Schottky tiene una gran aplicación en los circuitos controladores paso a paso, ya que pueden variar la frecuencia de trabajo y drenar los picos de corriente inductiva que retornan de la bobina del motor, devolviéndolos al bus de corriente continua para evitar la destrucción del motor.
  • En las computadoras este diodo es uno de los componentes más importantes, ya que esta presenta en aquellos circuitos de alta velocidad que requieran rapidez de conmutación.
  • Se utiliza en mezcladores de radiofrecuencia (RF).
  • Se utiliza para el control de potencia en celdas solares.
  • Los Schottky tienen una gran aplicación cuando buscamos protección de descarga y corriente inversa.
  • Se utiliza en la sujeción de tensión.
  • Los Schottky en circuitos TTL se aplican para que el tiempo de conmutación entre transistores sea menor.

¡Te felicito por llegar hasta aquí! En esta ocasión hemos visto en que consiste el diodo Schottky, empezamos desde su definición basándonos en la manera en la que trabaja un diodo común, hasta llegar a mencionar algunas aplicaciones, las cuales son importantes que reconozcas ya que así sabrás cuando utilizar esto diodos, sin mencionar todos los datos teóricos que ahora sabes.

Como ya es costumbre, te dejo algunos datos que valen la pena recordar:

  • El Schottky es la unión de un metal con un semiconductor tipo N.
  • El Schottky se caracteriza por ser un dispositivo unipolar.
  • También se le conoce como diodo de barrera.
  • Se llama así en honor al físico alemán Walter H. Schottky.
  • Al igual que otros diodos, el Schottky tiene una polaridad, el ánodo es por parte del lado metálico, mientras que el cátodo surge del lado del semiconductor tipo N.
  • Es de suma importancia reconocer la curva característica del Schottky, ya que a partir de ahí podemos notar algunas diferencias respecto a los diodos normales.
  • La operación del Schottky es más rápida que la de los diodos comunes.
  • Los Schottky tienen un tiempo rápido de recuperación, ya que tienen poca carga almacenada.
  • Tienen una baja caída de voltaje.
  • El Schottky no acepta tensiones altas que lo polaricen inversamente.

Espero que hayas aprendido mucho.

No me despido sin decirte que lo imposible solo cuesta un poco más. No dejes de practicar.

¡Hasta luego, viajero!

 



https://toditoled.com

Juan Carlos G

Electrónica y diseño web


Cree este blog para compartir uno de los temas que más me apasionan que es la electrónica, por lo tanto, además de tutoriales de electrónica, encontrarás en algunas páginas recomendaciones de productos relacionados a los LED principalmente.

@Puedes seguirme en mis redes