Los diodos rectificadores de estado sólido son componentes de gran importancia para electrónica, siendo encontrados en diversas versiones, con diversos materiales básicos como el silicio, germanio, etc. Con el paso del tiempo, el descubrimiento de nuevas tecnologías ha llevado a diodos con características especiales que encuentran aplicaciones especificas, como es el caso de los diodos Schottky. Vea en este artículo cuáles son los diodos Schottky y donde se utilizan.
Los diodos Schottky no son componentes nuevos. Ya están en uso desde hace más de 25 años (*), principalmente en la industria de fuentes de alimentación.
Pero, ¿qué tienen esos diodos de diferente de los demás? Cuando analizamos la curva característica de los diodos comunes, vemos que para que empiecen a conducir es necesario que una tensión mínima sea alcanzada. Esta tensión es necesaria para romper la barrera de potencial que se manifiesta en la unión del diodo. Para los tipos comunes como los diodos de silicio, esta barrera requiere una tensión del orden de 0,7 V, como muestra la figura 1.
También observamos que los diodos comunes, como los de silicio usados ??en fuentes, son dispositivos lentos necesitando de algún tiempo para empezar a conducir y más, tiempo para recuperarse del estado de conducción cuando la polaridad de la tensión aplicada se invierte. Este tiempo de recuperación inversa o "reverse recovery" es especialmente importante en muchas aplicaciones. Lo que ocurren es que, al invertir la polarización de un diodo, para que pase del estado de conducción para no conducción, en el intervalo del proceso el diodo no bloquea la corriente y conduce aún cuando la tensión ya se ha invertido, como muestra la figura 2.
Si bien el intervalo de tiempo en que esto ocurre es muy pequeño, existen aplicaciones sensibles, principalmente aquellas en las que el diodo necesita conmutar rápidamente, en que eso no es admitido. Estas características indeseables en los diodos comunes se superan en gran medida por los diodos Schottky.
El Diodo Schottky
En primer lugar, los diodos Schottky empiezan a conducir con una tensión extremadamente baja, mucho menor que las de los diodos de silicio comunes usados en la rectificación. Además, la corriente de fuga que circula por un diodo Schottky, cuando se polariza en sentido inverso, es menor que la que encontramos en los diodos de silicio, como muestra la figura 3.
El tiempo de conmutación, por otro lado, es extremadamente bajo, del orden de menos de 100 picosegundos lo que permite su uso en circuitos de frecuencias muy altas. Para el tiempo de recuperación inversa también tenemos excelentes características de estos diodos. Además de los tiempos son muy cortos, la recuperación es suave, lo que garantiza un "overshoot" reverso muy pequeño cuando se conmutan del estado de plena conducción para no conducción.
En la práctica esto tiene algunos beneficios importantes, como la no necesidad de usar filtros "snubbers" en los circuitos para evitar la aparición de altas tensiones en los dispositivos conmutadores debido a la velocidad de conmutación.
En la práctica
El primer problema que el proyectista que pretende usar diodos Schottky encuentra es que los tipos comunes raramente tienen tensiones reversas que superan los 100 V. (Vrrm). El problema es que cuando se fabrican diodos Schottky con mayores tensiones reversas, también aumenta la tensión directa necesaria a la conducción y allí sus propiedades de conducción se aproximan a las de los diodos comunes, no habiendo por lo tanto ventaja en usarlos.
Las propiedades de los diodos Schottky se determinan por la altura de la barrera de energía del material depositado en el silicio en el proceso de fabricación. Un metal con una barrera de energía más baja minimiza la tensión directa, pero también restringe la capacidad de operación a altas temperaturas. Además, pasan a ocurrir corrientes de fuga mayores.
Por otro lado, una barrera mayor minimiza la temperatura y las fugas, pero aumenta la tensión directa necesaria para la conducción. Así, dependiendo de la aplicación, los fabricantes deben jugar con estas características para obtener un diodo que tenga las características deseadas. En la figura 4 tenemos un ejemplo de estructura adoptada para la fabricación de un Diodo Schottky por Microsemi.
En esta estructura tenemos un anillo que envuelve la región p-n que funciona con supresor para la absorción de la energía reversa. De cualquier forma, podemos encontrar una amplia variedad de circuitos, principalmente que exigen la rectificación con alto rendimiento y bajas pérdidas de tensiones con frecuencias elevadas, que hacen uso de los diodos Schottky.