Schottky-Diode (Hot-Carrier-Diode)

Eine Schottky-Diode, die auch Hot-Carrier-Diode genannt wird, ist auf schnelles Schalten oder eine geringe Durchlassspannung optimiert.
Die Schottky-Diode hat keinen typischen pn-Übergang, sondern einen Metall-Halbleiter-Übergang, der auch wie ein Gleichrichter wirkt.
Die Schottky-Diode ist nach dem deutschen Physiker Walter Schottky benannt, der 1938 das Modell des Metall-Halbleiter-Kontaktes entwickelte.

Bei der weiteren Betrachtungsweise empfiehlt es sich Kenntnisse über den pn-Übergang einer Halbleiterdiode zu haben.

Metall-Halbleiter-Übergang

Metall-Halbleiter-Übergang einer Schottky-Diode

Die Schottky-Diode besteht aus einer Metallschicht und einer n-leitenden Silizium-Schicht. Die Elektronen der n-Schicht wandern zur Metallschicht. Weil Elektronen leichter aus n-Silizium in die Metallschicht gelangen als umgekehrt, entsteht in der Silizium-Schicht an der Metallschicht ein an Elektronen verarmter Bereich (Verarmungszone). Das ist die Schottky-Sperrschicht.
Durch die Ladungsträgerdiffusion entsteht eine Raumladungszone (Sperrschicht) und ein elektrisches Feld. Ab einem bestimmten Zustand ist das elektrische Feld so groß, dass keine Elektronen mehr wandern können. Die Kraft des elektrischen Felds wirkt der Wanderung der Elektronen entgegen.

Sperrrichtung und Durchlassrichtung

  • Schaltet man die Schottky-Diode in Sperrrichtung, Plus an n-Silizium und Minus an die Metallschicht, dann wird die Raumladungszone größer. Sie nimmt einen großen Bereich des n-Siliziums ein.
  • Schaltet man die Schottky-Diode in Durchlassrichtung, Minus an n-Silizium und Plus an die Metallschicht, dann wird die Raumladungszone freigeräumt. Die Elektronen fließen von der n-Schicht in die Metallschicht.
  • Das Schalten vom Durchlasszustand in den Sperrzustand bzw. umgekehrt erfolgt sehr schnell. Es müssen keine Minderheitsladungsträger, wie beim pn-Übergang, ausgeräumt werden. Der Strom durch die Schottky-Diode besteht nur aus Elektronen.

Eigenschaften

  • schnelles Schalten
  • geringe Durchlassspannung
  • hohe Strombelastbarkeit

Anwendungen

Schottky-Dioden findet man in Schaltungen, wo schnelles Schalten oder ein niedriger Spannungsabfall in Durchlassrichtung gefordert ist.
Wichtig ist, dass man weiß, dass beide Leistungsmerkmale miteinander konkurrieren und es zwei unterschiedliche Schottky-Dioden-Typen für unterschiedliche Anwendungen gibt.
Eine Schottky-Diode mit niedrigem Spannungsabfall hat verglichen mit Standard-Dioden in Sperrrichtung einen höheren Leckstrom (ungewollt wandernde Elektronen).

  • Schaltdiode
  • Mikrowellentechnik
  • Mikrowellengleichrichter
  • Mikrowellenmodulation
  • Mikrowellenmischstufen

Ohmscher Kontakt

Durch den nichtlinearen Metall-Halbleiter-Übergang entsteht ein ohmscher Kontakt, der teilweise das Verhalten eines linearen und damit ohmschen Widerstands zeigt.
Warum ist das wichtig? Wenn man Halbleiter, wie Dioden, Transistoren, integrierte Schaltkreise und Prozessoren baut, dann muss das Halbleitermaterial (n- oder p-dotiert) mit einem metallischen Kontakt verbunden werden, damit es aus dem Gehäuse herausgeführt werden kann. An der Stelle, wo Halbleiter und Metall aufeinandertreffen, haben wir die Eigenschaften des Metall-Halbleiter-Übergangs einer Schottky-Diode, was bei der Herstellung und Produktion der Halbleiter berücksichtigt werden muss.

Schaltzeichen

Schaltzeichen der Schottky-DiodeSchaltzeichen einer Diode

In der Regel wird das offizielle Schaltzeichen der Schottky-Diode verwendet. Es kann allerdings vorkommen, dass das normale Schaltzeichen einer Diode verwendet wird, obwohl es sich um eine Schottky-Diode handelt.

Übersicht: Halbleiterdioden

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