Un diodo es un componente electrónico de dos terminales que conduce la electricidad principalmente en una dirección. Como sabemos, un diodo ideal tendrá resistencia cero en una dirección y resistencia infinita en la dirección inversa. Existen muchos tipos de diodos: diodos emisores de luz, diodos Zener, fotodiodos, diodos Schottky, diodos de avalancha, diodos de unión PN y muchos más. En esta guía descubrirás qué es un diodo Schottky y cómo se puede utilizar en circuitos electrónicos.
¿Sabías que los diodos Schottky, a diferencia de otros diodos, se forman mediante la unión de un material semiconductor con una pieza de metal? Eso le confiere algunas propiedades especiales que pueden resultar útiles.
¿Qué es un Diodo Schottky?
El diodo Schottky (también conocido como diodo de barrera schottky o diodo de barrera superficial) es un tipo de diodo formado por la unión de un metal con un semiconductor. A esta unión se le conoce como unión metal-semiconductor o unión M-S. Esta unión tiene una baja caída de tensión directa (de 0.15 a 0.45 V) que el diodo de unión P-N (0.6 a 0.75 V) y puede utilizarse en aplicaciones de radiofrecuencia (RF) y conmutación de alta velocidad.
El diodo schottky recibe su nombre del físico alemán Walter H. Schottky.
Esta menor necesidad de tensión directa permite que los diodos Schottky puedan encenderse y apagarse mucho más rápido que el diodo de unión p-n. Además, el diodo schottky produce menos ruido no deseado que el diodo de unión p-n. Estas dos características del diodo schottky lo hacen muy útil en los circuitos de potencia de conmutación de alta velocidad.
La unión en un diodo Schottky está formada por el metal (como oro, tungsteno, platino o aluminio en lugar de los semiconductores de tipo p) y un semiconductor de silicio dopado de tipo N.
Aquí, el ánodo es el lado metálico y el cátodo es el lado semiconductor.
Símbolo del Diodo Schottky
El símbolo del diodo Schottky se basa en el símbolo básico del diodo. El símbolo de Schottky se diferencia de otros tipos de diodos por la adición de dos patas extras en la barra del símbolo.
Construcción del Diodo Schottky
Mientras que un diodo de unión PN normal se fabrica conectando semiconductores de tipo p y de tipo n, los diodos Schottky se construyen con un electrodo metálico unido a un semiconductor de tipo N. Al estar construidos con un compuesto metálico en un lado de la unión y silicio dopado en el otro, el diodo Schottky no tiene capa de agotamiento y se clasifica como dispositivo unipolar, a diferencia de los típicos diodos de unión pn, que son dispositivos bipolares.
El metal de contacto más común utilizado para la construcción de diodos Schottky es el «siliciuro», que es un compuesto de silicio y metal altamente conductor. Este contacto silicida de metal-silicio tiene un valor de resistencia óhmica razonablemente bajo, lo que permite que fluya más corriente y produce una menor caída de tensión directa de alrededor de Vƒ<0.4V cuando se conduce. Diferentes compuestos metálicos producirán diferentes caídas de tensión directa, normalmente entre 0.3 y 0.5 voltios.
Arriba se muestra la construcción simplificada en el que un semiconductor de silicio de tipo n ligeramente dopado se une con un electrodo metálico para producir lo que se denomina una «unión metal-semiconductor».
La anchura, y por tanto las características eléctricas, de esta unión metal-semiconductor dependerán en gran medida del tipo de compuesto metálico y del material semiconductor utilizado en su construcción, pero cuando esta en polarización directa, los electrones se mueven desde el material de tipo n hacia el electrodo metálico permitiendo que fluya la corriente. Por lo tanto, la corriente a través del diodo Schottky es el resultado de la deriva de los portadores mayoritarios.
Como no hay material semiconductor de tipo p y, por lo tanto, no hay portadores minoritarios (huecos), cuando se pone en polarización inversa, la conducción de los diodos se detiene muy rápidamente y pasa a bloquear el flujo de corriente, como en el caso de un diodo de unión pn convencional. Por lo tanto, un diodo Schottky tiene una respuesta muy rápida a los cambios de polarización y demuestra las características de un diodo rectificador.
Funcionamiento del Diodo Schottky
Diodo Schottky No Polarizado
Cuando el metal se une al semiconductor tipo n, los electrones de la banda de conducción (electrones libres) del semiconductor tipo n se desplazarán del semiconductor tipo n al metal para establecer un estado de equilibrio.
Sabemos que cuando un átomo neutro pierde un electrón se convierte en un ion positivo y que cuando un átomo neutro gana un electrón extra se convierte en un ion negativo.
Los electrones de la banda de conducción o los electrones libres que cruzan la unión, proporcionarán electrones adicionales a los átomos del metal. Como resultado, los átomos de la unión del metal ganan electrones extra y los átomos de la unión del lado n pierden electrones.
Los átomos que pierden electrones en la unión del lado n se convertirán en iones positivos, mientras que los átomos que ganan electrones adicionales en la unión del metal se convertirán en iones negativos. Así, se crean iones positivos en la unión del lado n e iones negativos en la unión del metal. Estos iones positivos y negativos no son más que la región de agotamiento.
Como el metal tiene un mar de electrones libres, la anchura sobre la que estos electrones se mueven hacia el metal es insignificante en comparación con la anchura dentro del semiconductor tipo n. Por lo tanto, el potencial incorporado o la tensión incorporada están presentes principalmente en el interior del semiconductor de tipo n. La tensión incorporada es la barrera que ven los electrones de la banda de conducción del semiconductor tipo n cuando intentan pasar al metal.
Para superar esta barrera, los electrones libres necesitan una energía mayor que la tensión incorporada. En un diodo schottky no polarizado, sólo un pequeño número de electrones fluye desde el semiconductor tipo n hacia el metal. La tensión integrada impide el flujo de electrones desde la banda de conducción del semiconductor hacia el metal.
La transferencia de electrones libres del semiconductor de tipo n al metal da lugar a la flexión de la banda de energía cerca del contacto.
Diodo Schottky en Polarización Directa
Si el terminal positivo de la batería está conectado al metal y el terminal negativo de la batería está conectado al semiconductor de tipo n, se dice que el diodo schottky está en polarización directa.
Cuando se aplica una tensión de polarización directa al diodo schottky, se genera un gran número de electrones libres en el semiconductor de tipo n y en el metal. Sin embargo, los electrones libres en el semiconductor tipo n y en el metal no pueden cruzar la unión a menos que la tensión aplicada sea superior a 0.2 voltios.
Si la tensión aplicada es superior a 0.2 voltios, los electrones libres ganan suficiente energía y superan la tensión integrada de la región de agotamiento. Como resultado, la corriente eléctrica comienza a fluir a través del diodo schottky.
Si la tensión aplicada aumenta continuamente, la región de agotamiento se vuelve muy fina y finalmente desaparece.
Diodo Schottky en Polarización Inversa
Si el terminal negativo de la pila está conectado al metal y el terminal positivo de la pila está conectado al semiconductor de tipo n, se dice que el diodo schottky tiene polarización inversa.
Cuando se aplica una tensión de polarización inversa al diodo schottky, el ancho de la región de agotamiento aumenta. Como resultado, la corriente eléctrica deja de fluir. Sin embargo, fluye una pequeña corriente de fuga debido a los electrones excitados térmicamente en el metal.
Si se aumenta continuamente la tensión de polarización inversa, la corriente eléctrica aumenta gradualmente debido a la debilidad de la barrera.
Si la tensión de polarización inversa aumenta mucho, se produce un aumento repentino de la corriente eléctrica. Este aumento repentino de la corriente eléctrica hace que la región de agotamiento se rompa, lo que puede dañar permanentemente el dispositivo.
Curva Característica del Diodo Schottky
Como podemos ver, la forma general de las características I-V del diodo Schottky es muy similar a la de un diodo de unión PN estándar, excepto que la esquina a la que el diodo Schottky comienza a conducir es mucho más baja, alrededor de 0.4 voltios.
Debido a este menor valor, la corriente directa de un diodo Schottky de silicio puede ser muchas veces mayor que la de un típico diodo de unión pn, dependiendo del electrodo metálico utilizado. Recuerde que la ley de Ohm nos dice que la potencia es igual a los voltios por los amperios, (P = V*I) por lo que una menor caída de tensión directa para una corriente de diodo dada, ID producirá una menor disipación de potencia directa en forma de calor a través de la unión.
Esta menor pérdida de potencia hace que el diodo Schottky sea una buena opción en aplicaciones de baja tensión y alta corriente, como los paneles solares fotovoltaicos, donde la caída de tensión directa (VF) en un diodo de unión pn estándar produciría un efecto de calentamiento excesivo.
Sin embargo, hay que tener en cuenta que la corriente de fuga inversa (IR) de un diodo Schottky suele ser mucho mayor que la de un diodo de unión pn.
Diferencia entre el Diodo Schottky y el Diodo de Unión P-N
La principal diferencia entre el diodo schottky y el diodo de unión p-n es la siguiente:
| Diodo Schottky | Diodo de Unión PN |
| En este diodo, la unión se forma entre el semiconductor de tipo n y la placa metálica | En este diodo, la unión se forma entre los semiconductores tipo p y tipo n |
| La caída de tensión directa es baja | La caída de tensión directa es alta |
| La pérdida de recuperación inversa y el tiempo de recuperación inversa son muy reducidos | La pérdida de recuperación inversa y el tiempo de recuperación inversa son altas |
| Es un dispositivo unipolar | Es un dispositivo bipolar |
| La conducción de la corriente se produce únicamente por el movimiento de los electrones | La conducción de la corriente se produce por el movimiento de electrones y huecos |
| Velocidad de conmutación rápida | Velocidad de conmutación lenta |
Ventajas del Diodo Schottky
- Capacitancia de Unión Baja: Sabemos que la capacitancia es la capacidad de almacenar una carga eléctrica. En un diodo de unión P-N, la región de agotamiento está formada por cargas almacenadas. Por lo tanto, existe una capacitancia. Esta capacitancia está presente en la unión del diodo. Por lo tanto, se conoce como capacitancia de unión. En el diodo schottky, las cargas almacenadas o la región de agotamiento son insignificantes. Por lo tanto, un diodo schottky tiene una capacitancia muy baja.
- Tiempo de Recuperación Inversa Rápido: El tiempo que tarda un diodo en pasar del estado ON al estado OFF se denomina tiempo de recuperación inversa.
- Para pasar del estado ON (conductor) al estado OFF (no conductor), las cargas almacenadas en la región de agotamiento deben descargarse o eliminarse antes de que el diodo pase al estado OFF (no conductor).
- El diodo de unión P-N no pasa inmediatamente del estado ON al estado OFF porque tarda algún tiempo en descargarse o eliminar las cargas almacenadas en la región de agotamiento. Sin embargo, en el diodo schottky, la región de agotamiento es insignificante. Por tanto, el diodo schottky pasa inmediatamente del estado ON al OFF.
- Densidad de Corriente Alta: Sabemos que la región de agotamiento es insignificante en el diodo schottky. Por lo tanto, la aplicación de un pequeño voltaje es suficiente para producir una gran corriente.
- Caída de tensión directa baja o tensión de encendido bajo: La tensión de encendido del diodo schottky es muy pequeña en comparación con la del diodo de unión P-N. La tensión de encendido del diodo schottky es de 0.2 a 0.3 voltios, mientras que la del diodo de unión P-N es de 0.6 a 0.7 voltios. Por tanto, basta con aplicar una pequeña tensión para producir corriente eléctrica en el diodo schottky.
- Alta eficiencia
- Los diodos Schottky funcionan a altas frecuencias.
- El diodo Schottky produce menos ruido no deseado que el diodo de unión P-N.
Las ventajas del diodo Schottky hacen que su rendimiento pueda superar con creces a los otros diodos en muchos ámbitos.
Desventajas del Diodo Schottky
- Gran corriente de saturación inversa: El diodo Schottky produce una corriente de saturación inversa mayor que el diodo de unión p-n.
Aplicaciones del Diodo Schottky
Los diodos Schottky se utilizan ampliamente en la industria electrónica, encontrando muchos usos como diodos rectificadores. Sus propiedades únicas permiten su uso en una serie de aplicaciones en las que otros diodos no podrían ofrecer el mismo nivel de rendimiento. En particular, se utiliza en áreas como:
- Diodo mezclador y detector de RF: El diodo Schottky es un componente muy útil para aplicaciones de radiofrecuencia por su alta velocidad de conmutación y su capacidad de alta frecuencia. Por ello, los diodos de barrera Schottky se utilizan en muchos mezcladores de anillo de diodos de alto rendimiento. Además, su baja tensión de conexión y su baja capacidad de unión hacen que este tipo de diodo sea ideal para su uso en detectores de RF.
- Rectificador de potencia: Los diodos Schottky también se utilizan como rectificadores de alta potencia. Su alta densidad de corriente y su baja caída de tensión de avance hacen que se desperdicie menos energía que si se utilizaran diodos de unión PN ordinarios. Este aumento de la eficiencia significa que hay que disipar menos calor y que se pueden utilizar disipadores de calor más pequeños, con lo que se ahorra peso y costes.
- Circuitos de potencia: Los diodos Schottky pueden utilizarse en aplicaciones en las que una carga es accionada por dos fuentes de alimentación distintas. Un ejemplo puede ser una fuente de alimentación de red y otra de batería. En estos casos es necesario que la energía de una fuente no entre en la otra. Esto puede conseguirse utilizando diodos. Sin embargo, es importante minimizar la caída de tensión en los diodos para garantizar la máxima eficacia. Como en muchas otras aplicaciones, este diodo es ideal para ello por su baja caída de tensión hacia delante.
Los diodos Schottky suelen tener una elevada corriente de fuga inversa. Esto puede provocar problemas en los circuitos de detección que se utilicen. Las vías de fuga en circuitos de alta impedancia pueden dar lugar a lecturas falsas. Por lo tanto, esto debe tenerse en cuenta en el diseño del circuito. - Aplicaciones en paneles solares: Las paneles solares suelen estar conectadas a baterías recargables, a menudo baterías de plomo-ácido, porque la energía puede ser necesaria las 24 horas del día y el Sol no está siempre disponible. A los paneles solares no les gusta que se les aplique la carga inversa, por lo que se requiere un diodo en serie con los paneles solares. Cualquier caída de tensión provocará una reducción de la eficiencia y, por tanto, se necesita un diodo de baja tensión. Al igual que en otras aplicaciones, la baja caída de tensión del diodo Schottky es especialmente útil, por lo que es la forma de diodo preferida en esta aplicación.
El diodo Schottky se utiliza en muchas aplicaciones. Su particularidad es que se utiliza tanto para la detección de señales de muy baja potencia como para la rectificación de alta potencia. Las propiedades del diodo Schottky lo hacen idóneo para su uso en ambos extremos del espectro.
El diodo Schottky también se utiliza en otros dispositivos, desde fotodiodos hasta MESFET. De este modo, esta forma de diodo no sólo se utiliza en muchos circuitos en su formato discreta, sino que también es una parte esencial de muchos otros componentes y tecnologías.
Transistor Schottky
Un transistor Schottky es un tipo de transistor BJT. Tiene un diodo Schottky conectado a través de su unión base-colector y está diseñado para encenderse y apagarse muy rápidamente.
El diodo Schottky del transistor permite una conmutación más rápida al reducir el tiempo que tarda el transistor en encenderse y apagarse. Esto es útil en aplicaciones en las que hay que encender y apagar cosas rápidamente. También ayuda a reducir la cantidad de energía que se pierde cuando el transistor está encendido, haciéndolo más eficiente. Esto significa que puede hacer su trabajo consumiendo menos energía.
Otra ventaja de un transistor Schottky es que puede soportar picos de tensión y cambios bruscos de tensión sin sufrir daños. Esto lo hace más fiable y duradero en circuitos en los que puede haber fluctuaciones de tensión.
Los transistores Schottky se suelen utilizar cuando se necesita una conmutación rápida y un funcionamiento eficaz, como en fuentes de alimentación, amplificadores y circuitos digitales. Son especialmente adecuados para aplicaciones con señales de radio y altas frecuencias.