Nel vasto panorama dei diodi, un ruolo importante è quello svolto dal diodo Schottky, molto utilizzato soprattutto in applicazione di elettronica di potenza. Il diodo Schottky ha delle caratteristiche uniche e quindi capirne il funzionamento e le applicazioni ci permette di poterne selezionare un utilizzo appropriato ed idoneo secondo le caratteristiche del nostro circuito. In questo articolo andremo a vedere le caratteristiche costruttive del diodo Schottky, come funziona, quali sono le differenze rispetto al diodo a giunzione p-n e le sue applicazioni. Il diodo Schottky trova utilizzo in tantissime applicazioni soprattutto nell’ambito dell’elettronica di potenza come nei circuiti raddrizzatori o commutatori.
Cos’è il diodo Schottky
Il diodo Schottky, detto anche diodo a barriera Schottky (SB), è un dispositivo a semiconduttore dotato di due terminali. Diversamente dal diodo a giunzione p-n, il diodo Schottky è realizzato tramite semiconduttore di tipo n posto in contatto con un sottile strato metallico.
Come si può notare dalla figura, rispetto al classico diodo a giunzione p-n, una delle regioni a semiconduttore risulta sostituita da uno strato metallico. Affinchè tale strato metallico abbia le caratteristiche di un contatto rettificante, ovvero non ohmico, lo strato è posto in prossimità di una zona di semiconduttore di tipo n. Il contatto rettificante realizza l’anodo mentre il catodo è il contatto ohmico realizzato attraverso una regione a semiconduttore di tipo n+.
Tale tipo di realizzazione permette al diodo Schottky di avere un comportamento simile a quello del diodo a giunzione p-n ma con delle peculiarità soprattutto per quanto riguarda la caratteristica tensione-corrente.
Caratteristica tensione-corrente del diodo Schottky
Il diodo Schottky è realizzato in maniera differente dal diodo a giunzione tuttavia le caratteristiche di funzionamento sono del tutto analoghe. Per questo il diodo Schottky presenta la stessa funzione caratteristica del diodo a giunzione:
![\[ I = I_S [e^{qv/kT} -1] \]](https://masterblob.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-e8ecf276153c4108e154908dae881b1a_l3.png "Rendered by QuickLaTeX.com")
dove:
- IS è la corrente di saturazione inversa,
- q è la carica elementare,
- v è la differenza di potenziale ai capi del diodo,
- k è la costante di Boltzmann,
- T è la temperatura delle giunzioni.
Se da una parte l’andamento della corrente è simile a quello della giunzione p-n, la diversa caratteristica realizzativa porta a far sì che il diodo Schottky si attivi a tensione molto più bassa.
Come si può vedere dalla figura, il diodo Schottky entra in conduzione per valori che tipicamente sono dell’ordine di 0,3 V – 0,4 V. Questa caratteristica si traduce anche in un ridotto accumulo di carica durante la polarizzazione diretta.
Diodo Schottky funzionamento
Il principio di funzionamento del diodo Schottky si basa sul fatto che gli elettroni della parte metallica hanno una energia potenziale inferiore rispetto a quella degli elettroni nel semiconduttore di tipo n. Il flusso di elettroni all’interfaccia sarà in entrambe le direzioni ma prevalentemente nella direzione dal semiconduttore al metallo. Nella parte dove si trova l’inserto metallico la carica sarà negativa mentre la parte del semiconduttore assume una carica positiva. In condizioni di riposo il flusso di elettroni tra semiconduttore e metallo si equivale in entrambe le direzioni e non scorre corrente.
Quando si applica una tensione ai terminali del diodo Schottky, questa è in opposizione al potenziale interno permettendo il flusso di corrente per poi realizzare lo stesso funzionamento di rettifica del diodo p-n ma a partire da un livello di tensione nettamente inferiore. Questa caratteristica lo rende più efficiente rispetto al diodo a giunzione p-n e quindi risulta particolarmente utile posizionarlo, ad esempio, in serie ad una sorgente di alimentazione in quanto la caduta di tensione che si ottiene è minima.
Simbolo diodo Schottky
Il simbolo circuitale del diodo Schottky è mostrato nella figura seguente.
Diodo Schottky circuito equivalente
Il diodo Schottky è tipicamente rappresentato dal circuito equivalente mostrato nella figura seguente.
Il circuito equivalente del diodo Schottky è costituito dal parallelo di un diodo ideale con una capacità ed in serie ad una resistenza. Parametri di capacità e resistenza dipendono dal tipo di diodo Schottky ovvero dalle sue caratteristiche costruttive (ad esempio temperatura di esercizio, capacità alla giunzione, etc)
Vantaggi del diodo Schottky
Il diodo Schottky presenta molte similarità con il diodo a giunzione p-n tuttavia, a causa della diversa realizzazione fisica presenta alcune caratteristiche particolari:
- bassa caduta di tensione, tipicamente tra 0,3 e 0,5 V
- assenza di accumulo di cariche minoritarie permette una commutazione rapida e quindi lo rende adatto ad operazione di commutazione a frequenza elevata come negli alimentatori switching
- elevata efficienza
- bassa corrente di dispersione inversa
- robustezza alle variazioni termiche ambientali.
Di contro, bisogna tenere presente anche di una caratteristica negativa del diodo Schottky ovvero la bassa tensione di breakdown, tipicamente tra 100 V e 200 V.