11.14 : ديود حاجز شوتكي

صمامات حاجز شوتكي هي أجهزة متخصصة من أشباه الموصلات تتميز ببنيتها الفريدة. يتضمن هذا البناء دمج طبقة معدنية مع مادة شبه موصلة من النوع n مخدرة بشكل معتدل. يؤدي هذا المزيج إلى تكوين حاجز شوتكي، وهو عنصر محوري يحدد الخصائص التشغيلية للصمام الثنائي. الوظيفة الأساسية لثنائيات حاجز شوتكي هي قدرتها على السماح للتيار بالتدفق في اتجاه واحد فقط بسبب بناء الوصلات المعدنية لأشباه الموصلات المميزة.

يحدث نقل الشحنة عندما يتلامس المعدن مع أشباه الموصلات. تعمل هذه العملية على محاذاة مستويات فيرمي للمادتين، والتي، اعتمادًا على مستوى فيرمي الأولي لأشباه الموصلات بالنسبة للمعدن، تؤدي إلى تكوين منطقة استنفاد حول منطقة التلامس. في أشباه الموصلات من النوع n، يتم ملء منطقة النضوب هذه بشحنات موجبة من الأيونات المانحة غير المعوضة، بينما في أشباه الموصلات من النوع p، تحتوي منطقة النضوب على شحنات سالبة، وبالتالي ضمان اتجاه الصمام الثنائي في تدفق التيار.

يميز صمام ثنائي حاجز شوتكي نفسه عن صمامات الوصلة pn التقليدية من خلال سرعته وكفاءته التشغيلية. نظرًا لأنه يعمل بشكل أساسي من خلال شركات النقل ذات الأغلبية ويفتقر إلى تأثيرات تخزين الشحن الخاصة بحاملات الأقلية، فهو أسرع بشكل ملحوظ، مما يجعله مثاليًا لتبديل التطبيقات. بالإضافة إلى ذلك، فإن انخفاض الجهد الأمامي عبر صمام ثنائي شوتكي أقل من ثنائيات الوصلة pn، مما يؤدي إلى تقليل تبديد الطاقة أثناء التشغيل.

مع هذه الخصائص، يتم استخدام صمامات شوتكي الثنائية على نطاق واسع في التطبيقات التي تتطلب التبديل السريع وفقدان منخفض للطاقة، مثل تثبيت الجهد ودوائر الحماية العابرة. استجابتها السريعة والجهد الأمامي المنخفض يجعلها عنصرًا لا غنى عنه في تصميم الدوائر الإلكترونية الحديثة، خاصة عندما تكون الكفاءة والسرعة من العوامل الحاسمة.