다이오드에는 작은 유리 캡슐화 제너 다이오드에서부터 엄청나게 큰 정류 다이오드 PUK 모듈에 이르기까지 여러 다른 모양과 사양이 있습니다. 쇼트키 다이오드는 이 스펙트럼의 중간 어딘가에 속합니다. 무엇이 쇼트키를 특별하게 만들까요?
일반적으로, 다이오드에는 많은 공통적인 파라미터들이 있으므로, 평가의 기준으로, 쇼트키 다이오드를 1N400x와 같은 거의 모든 사람들이 알고 있는 지극히 일반적인 실리콘 P-N 접합 정류 다이오드인 “일반” 다이오드와 비교해 보겠습니다.
쇼트키 다이오드는 특유의 구조에서 이름을 따왔습니다. 이 구조로 쇼트키 다이오드는 다른 다이오드와 구별되는 특성을 가집니다.
구조
쇼트키 다이오드는 실리콘 P-N 접합 다이오드의 구조와는 다릅니다. 반도체 물질로 된 두 개의 도핑 층 대신, 쇼트키 다이오드는 N형 도핑 반도체에 얇은 금속층을 접합해 사용합니다. 이런 N형 반도체에 접합된 금속의 조합은 M-S(Metal-Semiconductor, 금속-반도체) 접합 이라고도 하며, 이 두 물질이 만나는 접합부를 쇼트키 장벽(Schottky Barrier)이라고 합니다. Walter H. Schottky의 이름을 따서 적절하게 다이오드의 이름을 지은 것입니다.
제조사의 비법에 따르면, 이 금속은 백금, 텅스텐, 금 등과 같은 귀금속 중 하나인 것으로 보입니다.
특성
쇼트키 장벽은 일부 용도에서 쇼트키 다이오드가 이상적일 수 있도록 해주는 몇 가지 고유한 특성에 기여합니다. M-S 접합은 P-N 접합에 비해 보다 좁은 전자 공핍 영역을 생성합니다.
좁은 공핍 영역은 아래와 같은 이점을 제공합니다:
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낮은 순방향 전압
- 순방향 전압을 인가할 때, P-N 접합의 경우 전도하기 위해 0.6~0.7V가 필요하지만 쇼트키 다이오드는 0.3~0.4V만 필요합니다. 이는 배터리 구동 또는 태양 전지로 구동되는 제품처럼 절전이 절대적으로 필요한 응용 분야에서 유용할 수 있습니다.
- 낮은 순방향 전압으로 인해 쇼트키 다이오드는 과전압으로부터 민감한 소자들을 보호하는 데 이상적입니다.
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고속 스위칭
- 이 좁은 공핍 영역은 다이오드가 순방향 및 역방향 바이어스 사이에서 빠르게 켜졌다 꺼져야 하는 고속 스위칭 용도에 상당히 적합합니다. 이 특성은 벅 부스트 컨버터와 같은 스위칭 전원 공급 장치에도 상당히 적합합니다.
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저소음
- 좁은 공핍 영역으로 다이오드의 용량성은 줄어듭니다. 이에 따라, P-N 접합 다이오드에 비해 링잉(ringing) 및 기타 용량성 잡음이 줄어들 수 있어 쇼트키 다이오드는 RF 회로에 적합한 선택이 될 수 있습니다.
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성능 이점
- 유사한 사양의 P-N 접합 다이오드에 비해, 쇼트키 다이오드는 전력 소모가 적을 뿐만 아니라 고전력 응용 제품에서 열을 발산하는데 있어 열 효율이 보다 높은 경향이 있습니다.
좁은 공핍 영역의 다른 면에는 다음과 같은 단점도 있습니다:
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누설 전류
- 모든 다이오드가 완벽하게 이상적이지는 않기 때문에 역방향 바이어스 시 누설 전류가 발생합니다. 쇼트키 다이오드는 P-N 접합 다이오드에 비해 좁은 공핍 영역때문에 높은 누설 전류가 발생하기 쉽습니다.
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낮은 역전압
- 좁은 공핍 영역때문에, 쇼트키 다이오드는 P-N 접합 다이오드에 비해 높은 역전압을 견딜 수 없습니다; 쇼트키 다이오드의 경우 일반적으로 50V 범위이며, P-N 접합 다이오드의 경우 일반적으로 500V에서 시작해 kV범위까지도 올라갑니다.
응용 분야
쇼트키 장벽의 고유한 특성은 다양한 전기 및 전자 회로 응용 제품에 적합합니다. 아래는 다른 것보다 더욱 분명한 몇 가지 예입니다.
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전압 클램핑 – 쇼트키 다이오드는 특유의 낮은 순방향 전압으로 인해, 레일-투-레일 조정 회로(rail-to-rail steering circuit)라고도 불리는 적절한 전압 레일에 전압을 제한하는 방법으로 과전압 또는 역전압 상황에서 종종 소자를 보호하는 데 사용됩니다.
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효율적인 차단 다이오드 – 낮은 순방향 전압으로 인해, 쇼트키 다이오드는 태양광 시스템에서 생산 전압이 배터리 전압보다 낮을 때 태양 전지를 통한 배터리의 방전을 막기 위해 사용될 수 있습니다. 태양 전지가 충분한 전압을 생성하고 있다면, 쇼트키 다이오드는 배터리를 충전하는 동안 낮은 전압 오버헤드만 필요합니다.
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스위치 모드 전원 공급 장치 – 쇼트키 다이오드의 효율과 빠른 복구 시간으로 인해, 쇼트키 다이오드는 고효율 전원 공급 장치와 DC-DC 전압 변환기 회로 내부에 사용되기도 합니다.
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배터리로 동작하는 장치 – 낮은 전압 오버헤드와 효율이 중요한 경우, 쇼트키 다이오드가 사실상 표준입니다. 배터리로 구동되는 장치에서 전압 오버헤드는 매우 중요하므로, 차단 다이오드가 필요한 경우 쇼트키의 낮은 순방향 전압이 답입니다. 대부분의 시간동안 역전압이 걸리는 경우와 같이 배터리로 구동되는 장치에서도 쇼트키 다이오드가 거의 사용되지 않는 경우도 있습니다. 누설 전류로 인해 기존의 P-N 접합 다이오드를 사용한 경우보다 배터리가 더 빨리 방전하게 됩니다.
바이어스?
쇼트키 다이오드가 알맞는 수천 개 이상의 응용 제품들이 있습니다. 응용 제품에서 다이오드가 필요한 일이 발생하면, 습관적으로 1N400x를 선택하는 대신 쇼트키 다이오드를 고려해보십시오. 사용 가능한 쇼트키 다이오드: 다이오드 - 정류기 - 단일
다음에 Digi-Key 웹사이트에서 검색하시는 동안, 얼마나 많은 회로에 쇼트키 다이오드가 포함되어 있는지 참조 설계 라이브러리(Reference Design Library | DigiKey Electronics)에서 확인해 보시기 바랍니다.
영문 원본: Schottky vs Standard Diode