دیود فلز-نیمه هادی (Metal-Semiconductor Diode - M-S Diode)، در مدارهای الکتریکی (Electrical Circuit)
انواع دیودها (Diode) را در آموزش زیر شرح دادیم :
دیود فلز-نیمه هادی (Metal-Semiconductor Diode - M-S Diode) :
دیود فلز-نیمه هادی (Metal-Semiconductor Diode) یک اصطلاح کلی برای دیودهایی است که بر اساس اتصال بین یک فلز و یک نیمه هادی کار می کنند. این دسته شامل دیودهای شاتکی (Schottky Diodes) و دیودهای اتصال نقطه ای (Point Contact Diodes) می شود. در این دیودها، به جای پیوند P-N، یک سد پتانسیل در سطح مشترک فلز-نیمه هادی تشکیل می شود که خاصیت یکسوسازی دارد.
دو نوع رفتار در اتصال فلز-نیمه هادی ممکن است: رفتار یکسوساز (Rectifying) که دیود شاتکی نامیده می شود و رفتار اهمی (Ohmic) که تماس اهمی (Ohmic Contact) نام دارد. در تماس اهمی، جریان می تواند به راحتی در هر دو جهت عبور کند و برای اتصال الکتریکی به نیمه هادی ها استفاده می شود. در دیود فلز-نیمه هادی، ما به دنبال رفتار یکسوساز هستیم.
مکانیزم فیزیکی در دیود فلز-نیمه هادی مبتنی بر اختلاف تابع کار (Work Function) فلز و الکترون خواهی (Electron Affinity) نیمه هادی است. اگر تابع کار فلز بیشتر از الکترون خواهی نیمه هادی نوع N باشد، یک سد شاتکی تشکیل می شود. ارتفاع این سد (Barrier Height) تعیین کننده ولتاژ آستانه و جریان نشتی است.
مزایای دیود فلز-نیمه هادی (نوع شاتکی) نسبت به دیود پیوندی شامل سرعت بالاتر، افت ولتاژ کمتر، و نویز کمتر است. این مزایا به دلیل عدم تزریق حامل های اقلیت و مکانیزم رسانش توسط حامل های اکثریت است. در نتیجه، پدیده ذخیره سازی بار (Charge Storage) وجود ندارد و زمان بازیابی معکوس بسیار کوتاه است.
معایب آن شامل جریان نشتی معکوس بالاتر و ولتاژ معکوس محدودتر (در انواع سیلیکونی) است. جریان نشتی با افزایش دما به شدت افزایش می یابد، که می تواند در کاربردهای با جریان بالا مشکل ساز باشد. برای کاربردهای ولتاژ بالا، از دیودهای شاتکی SiC استفاده می شود.
کاربردهای دیود فلز-نیمه هادی عمدتا همان کاربردهای دیود شاتکی است: یکسوسازی ولتاژ پایین در منابع تغذیه سوئیچینگ، آشکارسازی RF، میکسرها، مدارات منطقی پرسرعت، و حفاظت در برابر قطبیت معکوس. دیودهای شاتکی SiC برای ولتاژهای بالا (تا ۱۲۰۰ ولت) نیز در دسترس هستند.
انتخاب فلز مناسب برای ساخت دیود فلز-نیمه هادی بسیار مهم است. فلزات مختلف (طلا، پلاتین، مولیبدن، تیتانیوم، کروم) ارتفاع سد متفاوتی ایجاد می کنند. فلزاتی با تابع کار بالاتر معمولا برای نیمه هادی نوع N انتخاب می شوند. پایداری فلز در دمای بالا و چسبندگی آن به نیمه هادی نیز از عوامل مهم هستند.
در نهایت، دیود فلز-نیمه هادی یک مفهوم اساسی در فیزیک و مهندسی نیمه هادی ها است. درک اتصال فلز-نیمه هادی برای طراحی تماس های اهمی (که در همه قطعات نیمه هادی ضروری هستند) و همچنین برای ساخت دیودهای شاتکی (که کاربردهای گسترده دارند) حیاتی است. این مفهوم پلی بین فیزیک حالت جامد و کاربردهای عملی الکترونیکی است.
