다이오드(Diode)와 쇼트키 다이오드(Schottky Diode)+스위칭특성, Schottky Barrier

 스위칭 다이오드

  순방향측(foward)에 전압을 걸어 전류가 흐르게 하고(ON), 역방향으로 전압을 걸어 전류를 먼추게 하는(OFF) 기능을 지닌 다이오드이다. 역회복 시간*(Trr)이 짧아 다른 다이오드에 비해 스위칭 특성*이 우수하다.  

  (여기서 스위칭 특성이 빠른것이 장점인 이유 : 실제 스위치의 복잡한 특성을 단순화, 개념화 시킴으로써 전력변환 회로의 기본적인 동장 원리와 특성들을 이해하고 파악하는데 도움을 준다. 스위치를 포함한 전력변환 장치는 시변, 비선형의 특성을 강하게 보일 경우 전력변환회로의 해석과 특성파악을 어렵게하는 장애요소가 된다. 그래서 이상적인 스위칭 특성은 비선형성을 완화시킨 빠른 특성을 지닌 스위치이다.) 

  - 역회복 시간(Trr)이란? 스위칭 다이오드가 ON상태에서 완전한 OFF상태가 되기까지 걸리는 시간을 뜻한다. 일반적으로 OFF시, 흐르던 전자가 갑작스레 멈출 수 없으므로, 일정량 정도의 전류가 역방향으로 흐르게 된다. 이는 저장과 전혀 무관하다. 다이오드는 저장 능력이 없는 스위치이다. 

이 역방향으로 흐르는 전류인 누설 전류가 크면 클술록 손실이 커진다. 재료를 최적화하거나 중금속을 확산시켜 trr(역회

복 시간)을 짧게 하거나, 반도후의 ringing*을 억제하는 FRD(Fast Recovery Diode) 등을 사용해야 한다. 

*Ringing 과도 현상에 의하여 파형의 일부분에 진동이 생기는 것. 대부분 의도치 않게 생기는 기생 성분(parasite effects)에 의하여 발생하는 것으로 정상 동작하지 않거나 노이즈를 많이 발생시키는 것이다.

 

역회복 시간이 빨라지면, 저손실, 고속 스위칭의 장점을 갖게 된다. 

 

 쇼트키 다이오드

  일반적으로 다이오드는 PN 접합으로 다이오드 특성을 지니는데 반해, 쇼트키 배리어 다이오드는 금속과 반도체와의 접합을 통해 발생하는 쇼트키 배리어*를 이용한 다이오드이다. 

  쇼트키 장벽*(Schottky barrier) : 금속-반도체 접합에서 형성되는 전자에 대한 포텐셜 에너지 장벽을 의미.

 

쇼트키 다이오드는 PN접합의 다이오드에 비해 순방향 전압VF(순방향,fowardV)특성이 낮으며, 스위칭 특성이 빠르다는 장점*이 있다. 

쇼트키 다이오드가 장점만 있는것은 아니다. 누설 전류Ir가 크므로 열 설계를 잘못하면 열 폭주가 발생한다는 결점이 있다.

전원부 이차측의 정류용으로서 많이 사용된다. 이 특성은 사용되는 메탈에 따라 크게 좌우된다. 

위에서 언급한 Schottky Barrier 역시 사용되는 메탈과 반도체의 접합에 따라 달라지는데, 여기서 말하는 쇼트키 접합은 금속의 일함수가 반도체의 일함수보다 클 때 일어나는 현상이다. (일함수 work function : 전자 1개를 떼어내기 위해 필요한 최소의 에너지를 의미. n형 반도체의 전자의 확산을 막는 장벽은 금속과 반도체의 work function의 차이 만큼의 크기를 가진다. 

이 이상의 원리는 Material에 대한 이론이므로 나중에 다시 다루겠다.

 

Schottky Diode는 특성상, foward로 대전류가 흐르기 때문에 발열한다. 발열하면, 누설 전류(Ir)가 증대하여 동시에 케이스 온도 및 주위온도를 상승시킨다. 그래서 열 설계가 잘되어 있는 쇼트키 다이오드를 사용해야 하며, 그렇지 않고 잘못된 쇼트키 다이오드의 사용은 누설 전류를 계속해서 증가시켜 열 폭주에 이르게 한다.

열 설계 오류 -> 누설전류 상승 -> 주위온도 상승 -> 열 폭주