Диод вл 50 характеристики. Карбидокремниевые диоды Шоттки: революция в силовой электронике — Производство и поставка электростанций, Бензиновые и дизельные генераторы от 1 до 100 кВт. Мини ТЭЦ на базе двигателя Стирлинга.

Какие преимущества дают карбидокремниевые диоды Шоттки по сравнению с кремниевыми диодами. Как они снижают потери в силовой электронике. Каковы особенности их применения с IGBT-транзисторами.

Содержание

Что такое карбидокремниевые диоды Шоттки и в чем их уникальность

Карбидокремниевые (SiC) диоды Шоттки — это новый тип силовых полупроводниковых приборов, обладающих рядом уникальных преимуществ по сравнению с традиционными кремниевыми диодами:

Сверхнизкий заряд обратного восстановления
Отсутствие зависимости динамических параметров от температуры
Возможность работы при высоких напряжениях (600-1200 В)
Максимальная рабочая температура до +175°C
Высокая скорость переключения

Эти свойства позволяют значительно повысить эффективность и надежность силовых электронных устройств при использовании SiC-диодов Шоттки вместо кремниевых.

Сравнение характеристик SiC и Si диодов

Проведенные исследования показали существенное превосходство SiC диодов Шоттки над кремниевыми Ultrafast диодами по ключевым параметрам:

Пиковый ток обратного восстановления ниже на 83%
Время обратного восстановления меньше на 67%
Максимальная мгновенная мощность потерь ниже на 93%
Отсутствие перенапряжений при выключении

Такое радикальное улучшение характеристик обусловлено особенностями физики работы SiC диодов Шоттки, у которых отсутствует накопление заряда в структуре.

Влияние SiC диодов на работу IGBT-транзисторов

Применение SiC диодов Шоттки в качестве оппозитных диодов для IGBT-транзисторов позволяет значительно улучшить характеристики силовых ключей:

Снижение коммутационных потерь IGBT на 50%
Уменьшение пикового тока через IGBT при включении
Устранение высокочастотных колебаний при коммутации
Снижение уровня электромагнитных помех

Это дает возможность повысить эффективность, уменьшить нагрев и габариты силовых модулей на основе IGBT.

Области применения SiC диодов Шоттки

Благодаря своим уникальным свойствам, SiC диоды Шоттки находят широкое применение в различных областях силовой электроники:

Инверторы для электроприводов
Источники бесперебойного питания
Сварочное оборудование
Импульсные источники питания
Солнечные инверторы
Зарядные устройства для электромобилей

Их использование позволяет создавать более эффективные и компактные устройства с улучшенными техническими характеристиками.

Особенности проектирования устройств с SiC диодами

При разработке силовых преобразователей с применением SiC диодов Шоттки необходимо учитывать ряд особенностей:

Более высокая стоимость SiC компонентов
Необходимость оптимизации топологии для снижения паразитных индуктивностей
Применение специализированных драйверов затвора для IGBT

Учет более высокой рабочей температуры кристаллов

Правильный учет этих факторов позволяет максимально реализовать потенциал SiC технологии и получить существенный выигрыш в характеристиках устройств.

Перспективы развития SiC диодов

Технология карбидокремниевых диодов Шоттки продолжает активно развиваться. Основные направления совершенствования:

Увеличение рабочих напряжений до 1700 В и выше
Повышение допустимых токов
Снижение прямого падения напряжения
Уменьшение стоимости производства
Повышение надежности и срока службы

Это позволит еще больше расширить области применения SiC диодов и повысить их привлекательность для разработчиков силовой электроники.

Сравнение SiC диодов с другими типами силовых диодов

Помимо SiC диодов Шоттки, в силовой электронике применяются и другие типы быстродействующих диодов. Рассмотрим их основные особенности:

Тип диода	Преимущества	Недостатки
SiC диод Шоттки	— Сверхнизкий заряд восстановления — Высокая рабочая температура — Высокое быстродействие	— Высокая стоимость — Ограниченный выбор номиналов
Кремниевый Ultrafast диод	— Низкая стоимость — Широкий выбор номиналов	— Высокий заряд восстановления — Температурная зависимость параметров
Кремниевый диод с мягким восстановлением	— Низкий уровень помех — Хорошая устойчивость к dI/dt	— Повышенные потери проводимости — Ограниченное быстродействие

Как видно из сравнения, SiC диоды Шоттки обладают наилучшим сочетанием динамических характеристик и температурной стабильности, что делает их оптимальным выбором для высокоэффективных силовых преобразователей.

Диод ВЛ50

Справочник количества содержания ценных металлов в диоде ВЛ50 согласно паспорта на изделие и информационной литературы. Указано точное значение драгоценных металлов в граммах (Золото, серебро, платина, палладий и другие) на единицу изделия.

Содержание драгоценных металлов в диоде ВЛ50

Золото: 0 грамм.
Серебро: 0,003 грамм.
Платина: 0 грамм.
Палладий: 0 грамм.

Источник информации: .

Фото диода ВЛ50:

Панель ламповая виды

Диод — электронный элемент, обладающий различной проводимостью в зависимости от направления электрического поля. Электрод диода, подключаемый к положительному полюсу источника тока, когда диод открыт (то есть имеет маленькое сопротивление), называют анодом, подключаемый к отрицательному полюсу — катодом.

О комплектующем изделии – Диод

Диод – видео.

Диод это полупроводниковый прибор основанный на PN-переходе. А если без теории, то диод в одном направлении пропускает ток, а в другом нет. Вот и все.

Как работает диод – видео.

В этом выпуске вы узнаете: что такое диод, принцип действия диода, как работает диод, что такое p – n переход; что такое прямой ток диода, что такое обратный ток диода; каково внутреннее сопротивление диода; что такое вольт- амперная характеристика диода; что такое пропускное и не пропускное напряжение диода; как работает диод в цепи постоянного тока, как работает диод в цепи переменного тока; как устроен плоскостной диод; какие существуют виды диодов; как устроен выпрямительный диод.

Характеристики диодов ВЛ50:

Купить или продать а также цены на Диод ВЛ50:

Оставьте отзыв о ВЛ50:

Характеристика диодов

История возникновения диода

Возникновение диода обязано ученому из Великобритании Фредерику Гутри и немецкому физику Карлу Фердинанду Брауну. В 1873 и 1874 годах они открыли принцип работы термионных диодов и принцип работы кристаллических диодов. Позже термионными диодами стали называть специализированные вакуумные лампы. В начале 1880 года Томас Эдиссон повторно задокументировал работу термионного диода, но развитие этого радиоэлектронного компонента произошло только через 9 лет, когда немецкий ученый Карл Браун показал действие выпрямителя на кристалле. В начале 20 века Гринлиф Пикард предъявил публике первый радиоприемник, в основе которого был положены свойства диода реагировать на электромагнитные колебания. Промышленный выпуск диодов термионного типа (ламповых диодов) был налажен в Британии с разрешения Джона Флеминга в 1904 году, а через 2 года американец Пикард запатентовал первый детектор из кристаллов кремния. Современную терминологию слова «диод» (от греч. «di» — два, «odos» — путь) ввел Вильям Генри Иклс в 1919 году. В СССР главную роль в развитии полупроводниковых компонентов сыграл физик Б. М. Вул.

Первое развитие получили ламповые диоды или кенотроны (электровакуумные диоды), а так же газонаполненные диоды (газотроны, стабилитроны, игнитроны). Однако основной вклад в развитие радиоэлектронных компонентов внесли полупроводниковые диоды на основе кремния и германия.

Физические основы работы диода

Открытый в 1882 году химический элемент «германий» Клеменсом Винклером в процессе изучения в электричестве позволил выявить эффект полупроводника тока. Эксперименты физиков для получения одностороннего проводника тока привели к такому результату, что если к германию присоединить акцепторную примесь (барий, алюминий, галлий или индий), способную захватывать электроны, накопленные в германии, то в результате получится электронный элемент, способный пропускать электроны только в одну сторону (от германия к акцепторной смеси). Как мы знаем, электрон – это отрицательно заряженная частица, притягивающаяся к положительной частице, однако в электронике принято обозначение перемещения тока от плюса к минусу. Таким образом, диод представляет собой смесь германия или кремния с акцепторным материалом. Германий, за счет накопленных электронов несет в себе отрицательный N заряд (N — negative), а акцепторная смесь насыщается положительными P ионами (P — positive). Процесс протекания тока из P области в N область через место «соединения» или p-n переход и есть принцип работы диода. Его особенностью является возможность протекания тока только в одном направлении, поэтому диод является однонаправленным полупроводником. Отрицательно заряженную сторону с германием принято называть «катодом», а положительно заряженную половину «анодом». На схемах диод обозначается в виде направления протекания тока в виде стрелки к отрицательно заряженной стороне.

Когда диод не подключен к источнику питания, p-n переход находится в состоянии покоя. И в результате притягивания электронов к положительным ионам происходит их дрейф через переход. Такой процесс называется «диффузией», предусматривающий притягивание электронов через переход к «дыркам» положительных ионов. Диффузионное движение из-за постоянно меняющейся концентрации ионов и электронов происходит возле перехода постоянно.

При подключении к p-n структуре внешнего источника напряжения или напряжения смещения происходит изменение условий переноса заряда через переход. Важным фактором здесь становится полярность внешнего напряжения, подключенного к аноду и катоду диода.

Прямое подключение напряжения к p-n структуре

При прямом включении диода, когда плюс источника питания подключен к p-области, а минус к n-области происходит прямое протекание тока через переход. При этом электроны, находящиеся в n-области за счет подключенного минуса источника питания будут передвигаться ближе к переходу. Собственно, с положительно заряженными частицами в p-области будет происходить то же эффект. В результате p-n переход будет заполняться электронами в «дырках» (положительных ионах). Возникнет электрическое поле, которое позволит свободным электронам преодолеть сопротивление перехода, пройти барьерную зону и p-область к положительному контакту источника питания. В данной цепи возникнет электрический ток, который называют прямым током смещения перехода. Величина этого тока будет ограничена техническими характеристиками диода.

Момент, когда создается электрическое поле в p-n переходе на положительной ветви Вольт — Амперной Характеристики диода (ВАХ) отмечен некоторым напряжением ∆Ua. Это напряжение определено не только силой тока, но и сопротивлением самого p-n перехода. Чем ниже это сопротивление, тем меньше необходимо энергии для того, чтобы открыть переход, а так же его закрыть. Отступив от темы статьи, стоит сказать, что энергия в переходе при исчезновении питания моментально не пропадает. Происходит эффект рассасывания заряда, обусловленный емкостью перехода. Чем ниже эта емкость, тем быстрее диод перейдет в «выключенное» состояние с успокоением всех переходных процессов в p-n переходе. Этот параметр очень важен в частотных диодах, о которых мы расскажем ниже. В современных диодах значения напряжения ∆Ua варьируется от 0,3 до 1,2 вольта (кремний 0,8 – 1,2В., германий 0,3 – 0,6В.) в зависимости от мощности диода. Так же его называют падением напряжения p-n перехода.

Обратное подключение напряжения к p-n структуре

При подключении к диоду питания в обратном направлении происходит увеличение сопротивление p-n перехода и барьер возрастает, вследствие того, что электронам в n-области и свободным ионам в p-области легче соединиться с зарядом источника питания. При увеличении напряжения питания происходит лавинообразный отток заряженных частиц от перехода. В результате диод переходит в закрытое состояние из-за обратного напряжения.

На обратной ветви ВАХ участок 0 – 1 обусловлен небольшим обратным напряжением. При этом увеличение обратного тока наблюдается за счет уменьшения диффузионной составляющей. Другими словами в p и n областях присутствуют неосновные носители. Даже когда диод закрыт, через барьер при малом напряжении они могут протекать из одной области в другую. Значение этого тока несоизмеримо мало по сравнению с прямым током, поскольку количество неосновных носителей в разных областях p и n минимально. Начиная с точки 1 основные носители уже не способны преодолеть барьер, а диффузионные неосновные носители полностью рассасываются в свои области переходов. Этим объясняется отсутствие роста тока при увеличении обратного напряжения. Поскольку концентрация неосновных носителей заряда зависит от температуры сплава (иначе «кристалла»), то обратный ток будет увеличиваться в зависимости от увеличения температуры кристалла. Именно поэтому его называют тепловым. Это лавинообразный процесс и он подчиняется экспотенциальному закону. Именно из-за обратных токов диоды начинают греться и их устанавливают на теплоотводы. Если значение обратного тока будет выше предусмотренного диодом, то начнется неконтролируемый процесс так называемого теплового пробоя, после которого следует электрический пробой, приводящий диод в негодность. Стабильная работа кремниевых диодов возможна при температуре 130 – 135 градусов. Разрушение кристалла германиевых диодов происходит при температуре 50 – 60 градусов.

Полная вольт – амперная характеристика диода

Вольт – амперная характеристика отображает зависимость протекающего через диод тока от величины приложенного прямого и обратного напряжения. Чем круче и ближе к оси Y прямая ветвь и ближе к оси X его обратная ветвь, тем лучше выпрямительные свойства диода. При несоизмеримо большом обратном напряжении у диода наступает электрический пробой. При этом резко возрастает обратный ток. Нормальная работа диода возможна в том случае, если приложенное к нему обратное напряжение не превышает максимально допустимое, называемое пробивным напряжением. Как мы уже писали, токи диодов зависят от температуры кристалла. На каждый градус падение напряжения на p-n переходе изменяется на 2мВ. Если температура кристалла растет вверх, то обратный ток германиевых диодов увеличивается в 2 раза, у кремниевых диодов обратный ток растет в 2,5 раза на каждые 10 градусов. При этом пробивное напряжение при увеличении температуры понижается.

Конструктивное исполнение диодов

По технологическому исполнению диоды могут быть плоскостные и точечные. P-n переход плоскостных диодов (на рисунке б – плоскостной сплавной диод) выполняется на границе двух слоев в полупроводнике. Слои имеют электропроводимость разных типов. За счет большей площади перехода плоскостные диоды могут пропускать большие токи через себя. Их недостатком является большая переходная емкость , что ограничивает применение плоскостных диодов в высокочастотной технике. Однако, есть гибридные диоды, сочетающие в себе и малую емкость, и малое переходное сопротивление, и возможность пропускать большие токи. Примером может быть отечественный диод КД213.

У точечных диодов p-n переход изготовляется в месте контакта полупроводниковой пластины с острием металлической иглы. Современные диоды производят с применением германия, кремния, фосфида и арсенида галлия.

Типы и характеристика диодов

Выпрямительные диоды

Выпрямительные диоды используются для выпрямления переменных токов на частотах, как правило, ниже 50 кГц. Конструктивное исполнение таких диодов преимущественно плоскостное. За счет этого диоды позволяют проводить через себя большие выпрямленные токи. Большей частью материалом изготовления выпрямительных диодов является кремний за счет устойчивости к температурным изменениям. Основными параметрами, определяющими характеристику диода, являются:

Uпр. – постоянное прямое напряжение на диоде при заданном постоянном прямом токе.

Uобр. – постоянное напряжение, приложенное к диоду в обратном направлении.

Iпр. – постоянный ток, протекающий через диод при подключении в прямом направлении.

Iобр. – постоянный ток, протекающий через диод, включенный в обратном направлении.

Iпр.ср. – прямой ток, усредненный за период.

Iобр.ср. – обратный ток, усредненный за период.

Rдиф. – отношение приращения напряжения на диоде к вызвавшему его малому приращению тока.

Кроме того, всех типов существуют ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДИОДОВ, определяющие их максимальные технические возможности, к которым относятся:

Uобр.max – максимальное напряжение, приложенное при обратном включении диода.

Iпр.max – максимально допустимый постоянный прямой ток (один из важнейших параметров).

Iпр.ср.max – максимально допустимый средний прямой ток.

Iвп.ср.max – максимально допустимый средний выпрямленный ток.

К дополнительным параметрам относится интервал рабочих температур.

Выпрямительные диоды широко применены в электронной схемотехнике. На их основе нередко можно встретить диодные мосты для изменения формы тока из переменного в постоянный.

Современное развитие электроники невозможно без применения высокочастотных диодов.

Высокочастотные диоды

Данные диоды используются в широком диапазоне частот вплоть до нескольких сотен мегагерц и выше. Чаще всего их применяют для модуляции и детектирования, а так же в высокочастотных радиоцепях. В качестве высокочастотных диодов используются элементы, выполненные в точечном исполнении из-за малой емкости перехода.

Для таких диодов дополнительно важны две характеристики, это максимальная рабочая частота в МГц и емкость диода в пФ.

Импульсные диоды

Импульсные диоды предназначены для преобразования импульсных сигналов. В силовой схемотехнике мощные импульсные диоды могут работать в качестве выпрямителей. Примером может служить импульсный блок питания, где они используются во вторичной цепи после импульсного трансформатора. Так же импульсные диоды применяют в телевизионной технике (детекторах видеосигналов), в ключевых и логических устройствах. Различают двух и трех электродные импульсные диоды (спаренные). Трех электродные диоды могут быть с общим анодом или с общим катодом. Для импульсных диодов свойственны следующие дополнительные характеристики:

Uпр.и – пиковое прямое напряжение при заданном импульсе тока.

Uобр.и – соответственно, обратное напряжение в пике как однократное, так и периодически повторяющееся.

Сд – общая емкость диода при заданных напряжениях и частоте. Большой параметр Сд снижает частотные свойства диода. Так же от значения Сд напрямую зависит следующий параметр.

τ вос – время восстановления с момента окончания импульса тока в состояние заданного обратного запирающего напряжения (окончание переходных процессов рассасывания заряда в p-n переходе)

Qпк – часть накопленного заряда, вытекающего во внешнюю цепь при реверсивном изменении тока с прямого значения на обратное.

Одним из основных параметров диодов Шотки является

Iпр.и max – максимально допустимый ИМПУЛЬСНЫЙ прямой ток.

Стабилитроны и стабисторы

Данный тип диодов необходим в цепях стабилизации напряжения при изменении проходящего через диод тока. Его основными характеристиками является:

Uст — напряжение стабилизации.

Iст. max и Iст. min – максимальный и минимальный ток стабилизации.

Pmax – максимально допустимая рассеиваемая мощность.

Для стабилитронов рабочим является пробойный участок ВАХ. На рисунке он отмечен расстоянием между точками Iст.min и Iст.max. На этом участке напряжение на стабилитроне остается постоянным при существенном изменении значения тока. Для стабисторов рабочим является прямой участок ВАХ. Так же существуют двуханодные стабилитроны, включающие в себя два встречно включенных p-n перехода. Каждый из этих переходов является основным при изменении полярности его подключения.

Варикап

Специальный полупроводниковый диод. Его емкость p-n перехода изменяется в значительных пределах в зависимости от приложенного к нему обратного напряжения. В случае увеличения обратного напряжения, емкость перехода уменьшается и наоборот. Варикапы активно применяются в гетеродинах (радиоблоках, где необходима регулировка частоты). К примеру, варикап довольно часто можно встретить в FM – радиоприемниках. К основным характеристикам варикапа относятся:

Сн – измеренная емкость при заданном напряжении.

Кс – соотношение емкостей при минимальном и максимально допустимом напряжении.

Iобр – максимальный ток, протекающий через варикап в обратном напрявлении. (ток утечки).

Туннельный диод

Туннельный диод используется в высокочастотных усилителях и генераторах электрических колебаний (например телевизионных усилителях). Кроме того его применяют в различных импульсных устройствах. Его особенностью является участок А-В с отрицательным дифференциальным сопротивлением, определяющим отношение между изменением напряжения к приращению тока. К его дополнительным параметрам относятся:

Iп – прямой ток в точке максимума ВАХ, при котором приращение тока к напряжению равняется 0.

Lд – индуктивность диода, препятствующая прохождению высокочастотного сигнала.

Кш – шумовая составляющая диода.

Rп – сопротивление потерь туннельного диода.

Диод Шоттки

Популярный диод в радиотехнике за счет малого шума и высокого быстродействия. Его относят к подвиду импульсных диодов. Технологически диод Шоттки выполняется из структуры металл-полупроводник. Применение диодов с барьером Шоттки самое разнообразное, от ATX блоков питания ПК, до СВЧ устройств. Переход диода Шоттки выполнен по принципу p-i-n, где в качестве i выступает высокоомный слаболегированный полупроводник. Под действием напряжения изменяются его частотные характеристики, что позволяет использовать диод в схемах управления сигналами, например аттеньюаторах, ограничителях уровня, модуляторах. Мощные диоды Шоттки могут использоваться в качестве выпрямительных радиоэлементов частотных блоков питания.

Светодиод

Специальный тип диода, который может создавать некогенерентное излучение (испускание видимых фотонов света атомами p-n перехода). В зависимости от количества легирующего материала изменяют длину спектра. За счет этого светодиоды могут изготавливать разных цветов. Применение светодиода самое широкое: от сигнальных цепей оповещения, до бытового освещения. Кроме того, при использовании специальных материалов изготовления светодиод может излучать в инфракрасном спетре. Это свойство нашло ему применение в пультах дистанционного управления и других электронных устройствах. Современные светодиоды выполняются на большие мощности (до 10Вт.) p-n переход очень чувствителен к токовым изменениям, поэтому для его использования необходим специализированный драйвер, представляющий собой стабилизатор / регулятор тока.

Фотодиод

Часто применяется для приема инфракрасного светового спектра, а так же в цепях гальванической развязки. Кроме того, первые солнечные батареи использовали именно фотодиод. Совместно с излучающими диодами или транзисторами может организовывать единое устройство, называемое оптопарой. Работа фотодиода основана на фотогальваническом эффекте, при котором за счет разделения электронов и дырок в p-n переходе начинает появляться ЭДС. В зависимости от степени освещенности уровень вырабатываемой ЭДС в фотодиоде так же изменяется.

снижение потерь в режиме жесткой коммутации

Замена кремниевых сверхбыстрых (Ultrafast) Si-диодов с плавной характеристикой восстановления, используемых в качестве оппозитных IGBT в режиме жесткой коммутации, на карбидокремниевые диоды Шоттки (SiC Schottky) позволяет снизить коммутационные потери в диоде на 80% и в IGBT на 50%.

Введение

Кремниевый (Si) IGBT, сочетающий в себе выходные и динамические характеристики биполярного транзистора и легкость управления MOSFET, стал основным силовым ключом, используемым в режиме жесткой коммутации в высоковольтных (более 500 В) и мощных (более 500 Вт) устройствах. К типичным областям применения относятся инверторы приводов, источники бесперебойного питания, сварочное оборудование и импульсные источники питания (SMPS).

Постоянно растущий спрос на повышение эффективности, упрощение системы охлаждения, уменьшение габаритов элементов силовой электроники, а также более строгие требования к уровню излучаемых помех EMI/RFI и качеству электроэнергии создают новые проблемы для разработчиков. Выполнение этих требований в значительной степени связано со снижением потерь включения IGBT при работе на индуктивную нагрузку в режиме жесткой коммутации. Ток обратного восстановления, наблюдаемый при выключении кремниевых оппозитных диодов, напрямую влияет на потери включения IGBT. Проблема усугубляется тем, что ток обратного восстановления увеличивается с повышением рабочей температуры, тока и di/dt.

Ток обратного восстановления диода и коммутационные потери IGBT могут быть существенно снижены при замене кремниевых оппозитных PiN-диодов на SiC-диоды с барьером Шоттки (SBD). Из-за особенностей кремния изготовить Si-диоды Шоттки с рабочим напряжением выше 200 В невозможно.

SiC-диоды Шоттки

SiC SBD выпускаются с номинальным напряжением 600 и 1200 В, 600-В диоды выпускаются с током 1, 4, 6, 10 и 20 А, 1200-В имеют номинальный ток 5 и 10 А. Основным преимуществом высоковольтных SiC SBD являются отличные динамические характеристики. Они имеют крайне низкий заряд обратного восстановления Q_rr, который обусловлен барьерной емкостью, а не накоплением заряда. Кроме того, в отличие от Si-PiN-диодов, этот заряд не зависит от di/dt, прямого тока и температуры. Максимальная температура кристалла +175 °C у SiC SBD является фактической рабочей температурой. Сверхнизкая величина Q_rr SiC SBD позволяет уменьшить уровень коммутационных потерь в типовых схемах на основе IGBT, работающих в режиме жесткого переключения. В результате снижается температура корпуса IGBT, повышается эффективность системы, что даже дает возможность использовать менее мощный IGBT. Для оценки преимуществ этих высокопроизводительных диодов была использована тестовая схема диодов с индуктивной нагрузкой, позволяющая измерить динамические потери IGBT и диодов. Это позволило провести сравнение потерь переключения сверхбыстрого кремниевого Si-диода с плавным восстановлением и SiC Cree Zero Recovery SBD и оценить влияние процесса их восстановления на потери переключения IGBT.

Измерительное оборудование

На рис. 1 показана схема, предназначенная для измерения характеристик переключения. В процессе работы на затвор IGBT подается двойной импульс. При тестировании 600-В прибора использовался резистор затвора 10 Ом для задания скорости коммутации 750 А/мкс. Для IGBT 12-го класса использовался резистор 22 Ом, при этом di/dt = 250 А/мкс.

В момент времени T1 IGBT включается, и ток через индуктор увеличивается до тех пор, пока не достигнет требуемого значения в момент T2. При этом IGBT выключается, и ток индуктивности перекоммутируется в диод. Потери включения IGBT и потери включения диодов измеряются в переходном процессе T2.

В момент T2 IGBT выключается, и ток индуктора переходит на оппозитный диод. Потери выключения IGBT и потери включения диодов измеряются в переходном процессе T2. Ток индуктора продолжает течь через диод до тех пор, пока IGBT не будет включен во время T3. Теперь ток индуктора передается из диода обратно в IGBT. Потери включения IGBT и потери выключения диода измеряются в переход- ном процессе T3.

Сравнение характеристик переключения

Параметры коммутации измерялись для 15-А/600-В Ultrafast Si-диода с плавной характеристикой восстановления (такой же используется совместно с 40-А Ultrafast IGBT) и 10-А SiC SBD вместе с потерями 40-А/600-В Si-IGBT. Измерение потерь проводилось при напряжении 500 В и токе 20 A.

На рис. 2 показаны эпюры напряжения, тока и мгновенной мощности, измеренные при выключении Ultrafast Si-диода при температуре кристалла +150 °C. Пик тока обратного восстановления достигает 23 А,время восстановления — 100 нс, пиковая мгновенная мощность —7 кВт. На рис. 2 видно перенапряжение 200 В, вызванное высокой скоростью изменения тока di/dt при обратном восстановлении.

На рис. 3 показаны эпюры выключения SiC SBD при +150 °C. Пик тока обратного восстановления здесь 4 А (снижение на 83%), время восстановления 33 нс (снижение на 67%), максимальная мгновенная мощность — 0,5 кВт (снижение на 93%). Резкое сокращение мощности переключения обусловлено тем, что SiC SBD должен рассеять лишь небольшой емкостной заряд, и это происходит при низком напряжении на диоде. Перенапряжение, формируемое при коммутации Si-диода, полностью отсутствует у SiC SBD.

На рис. 4 показаны эпюры напряжения, тока и мгновенной мощности при включении IGBT с Ultrafast Si-диодом, измеренные при температуре кристалла +150 °C. Во время включения транзистора ток обратного восстановления диода добавляется к току IGBT, что создает пик, достигающий 44 А. Пиковая мгновенная мощность 15 кВт рассеивается в IGBT. Кроме того, видны высокочастотные колебания на IGBT, возникающие при резком выключении кремниевого диода. Это является одной из основных причин генерации радиочастотных/ электромагнитных помех.

**Таблица 1.** Сравнение параметров SiC SDB и Ultrafast Si-диодов (600 В) при различных значениях *T_j*(*I_C*= 20 A, *V_CC* = 500 B,*R_g*= 10 Ом)
Параметр	Si Pin при +25/+150 °C	SiC при +25/+150 °C	% снижения при +25/+150 °C
Пик тока восстановления I_pr, A	13/23	4	69/83
Время обратного восстановления T_rr, нс	83/100	30/33	64/67
Заряд восстановления Q_rr, нс	560/1220	78/82	86/93
Потери выключения диода E_{off_d}, мДж	0,11/0,23	0,02	82/91
Потери включения диода E_{on_d}, мДж	0,03	0,02	33
Потери общие диода E_{is_d}, мДж	0,14/0,26	0,04	71/85
Потери выключения IGBT E_{off_IGBT}, мДж	0,63/0,94	0,23/0,24	63/74
Потери включения IGBT E_{on_IGBT}, мДж	0,46/0,89	0,32/0,64	30/29
Потери общие IGBT E_{is_IGBT}, мДж	1,09	0,55/0,64	50/28
Потери общие E_is, мДж	1,23/2,09	0,59/92	52/56

На рис. 5 показаны эпюры напряжения, тока и мгновенной мощности при включении IGBT с SiC SBD, измеренные при температуре кристалла +150 °C. Использование SiC SBD позволяет снизить пик тока до 22 А (на50%), а максимальную мгновенную мощность до 7,5 кВт (снижение на 50%). Также видно, что при этом отсутствуют высокочастотные осцилляции, что приводит к уменьшению генерации помех RFI/EMI.

Сравнение параметров переключения SiC SDB и Ultrafast Si-диодов приведено для температур кристалла +25 и +150 °C в таблице 1. Можно видеть, что общее снижение потерь переключения (IGBT + диод) составляет 52% при +25 °C и 56% при +150 °С.

На рис. 6 показаны токи выключения Si Ultrafast и SiC SBD при +25 и +150 °C, наложенные в одном масштабе. Параметры SiC SBD не зависят от температуры, пиковый ток восстановления — 5 А. Ток восстановления Ultrafast Si-диода заметно меняется с температурой,увеличиваясь с 13 А при +25 °C до 23 А при +150 °С.

На рис. 7 показаны кривые токов включения IGBT с Si Ultrafast и SiCSBD при температуре +25 и +150 °С, наложенные друг на друга. Пиковый ток IGBT с SiC SBD не зависит от температуры. Вариант с диодомSi Ultrafast показывает сильную температурную зависимость, связанную с высокой термозависимостью тока обратного восстановления.

На рис. 8 показаны суммарные динамические потери диода (включение и выключение) при частоте коммутации от 10 до 100 кГц и температуре +50, +100 и +150 °C. SBD имеет значительно меньшие потери (снижение до 85%), не меняющиеся с ростом температуры.

На рис. 9 показаны суммарные динамические потери IGBT (включение и выключение) при частоте коммутации от 10 до 100 кГц и температуре +50, +100 и +150 °C. Потери транзистора с SiC SBD примерно в два раза ниже, чем с Ultrafast Si-диодом. Этот вариант также демонстрирует гораздо меньшую зависимость от температуры. Температурная зависимость потерь переключения IGBT с SiC SBD обусловлена увеличением времени выключения транзистора, при этом потери включения не меняются с нагревом прибора. Такое заметное улучшение динамических свойств IGBT объясняется, в первую очередь, отсутствием процесса обратного восстановления SiC SBD.

Сравнение характеристик переключения 1200-В приборов

Параметры переключения измерялись для 8 А/1200 В Ultrafast Si-диода (такой же используется совместно с 11-А сверхбыстрым IGBT) и 5-А SBD, вместе с потерями 11 А/1200 В IGBT. Измерение потерь проводилось при напряжении 1000 В и токе 5 A. Максимальная температура кристалла при испытаниях составляла +125 °С, поскольку при температуре +150 °С начинается тепловое «убегание» IGBT.

На рис. 10 показаны эпюры напряжения, тока и мгновенной мощности при выключении Ultrafast Si-диода при температуре кристалла +125 °C. Пик тока обратного восстановления достигает 6 А, время восстановления — 148 нс, мгновенная пиковая мощность — 2,8 кВт. Перенапряжение на 600-В Si-диоде не является ярко выраженным, поскольку тестирование происходило при низком значении di/dt (250 вместо 750 А/мкс).

На рис. 11 показано выключение SiC SBD при температуре кристалла +125 °C.

Использование SiC SBD позволяет уменьшить пик тока до 1 А (снижение на 83%), время восстановления — до 30 нс (снижение на 80%), а максимальную мгновенную мощность — до 0,3 кВт (снижение на 89%).Такое значительное уменьшение пиковой мощности объясняется тем,что SBD рассеивает только емкостной заряд при низком напряжении.

На рис. 12 показаны эпюры напряжения, тока и мгновенной мощности при включении IGBT с Ultrafast Si-диодом при температуре кристалла +125 °C. В процессе включения ток обратного восстановления диода добавляется к току IGBT, что создает пик 11,7 А. Мгновенная мощность, рассеиваемая при этом транзистором, составляет 11 кВт.

На рис. 13 показаны эпюры напряжения, тока и мгновенной мощности при включении IGBT с SBD при температуре кристалла +125 °C. Использование SBD позволяет уменьшить пик тока до 6,7 А (снижение на 42%), а максимальную мгновенную мощность — до 6,2 кВт (снижение на 44%).

На рис. 14 показаны эпюры токов выключения Ultrafast Si-диода и SiC SBD при температуре +25 и +125 °C, наложенные друг на друга. Параметры SiC SBD неизменны с температурой, пиковый ток восстановления — 1 А. Диоды Si Ultrafast демонстрируют сильную температурную зависимость, ток увеличивается с 5 А при +25 °C до 6 А при +150 °С. Время обратного восстановления Si Ultrafast растет со 100 нс при +25 °C до 148 нс при +125 °С, в то время как параметр t_rr у SiC SBD при тех же условиях остается неизменным.

На рис. 15 показаны эпюры токов включения IGBT с Ultrafast Si-диодом и SiC SBD при температуре +25 и +125 °C, наложенные друг на друга. Пик тока IGBT с SiC SBD не зависит от температуры. Пиковый ток и время обратного восстановления IGBT с Ultrafast Si-диодом демонстрируют сильную температурную зависимость вследствие термозависимости процесса обратного восстановления.

На рис. 16 показаны суммарные динамические потери диода (включение и выключение) при частоте коммутации от 10 до 100 кГц и температурах +25, +75 и +125 °C. SiC SBD имеет значительно меньшие потери переключения (снижение до 75%), которые не зависят от температуры.

**Таблица 1.** Сравнение параметров SiC SDB и Ultrafast Si-диодов (600 В) при различных значениях *T_j*(*I_C*= 5 A, *V_CC* = 1000 B,*R_g*= 22 Ом)
Параметр	Si Pin при +25/+150 °C	SiC при +25/+150 °C	% снижения при +25/+150 °C
Пик тока восстановления I_pr, A	5,5/6	1	82/83
Время обратного восстановления T_rr, нс	100/148	30	70/80
Заряд восстановления Q_rr, нс	295/540	20	93/95
Потери выключения диода E_{off_d}, мДж	0,08/0,16	0,02	75/88
Потери включения диода E_{on_d}, мДж	0,03	0,02	33
Потери общие диода E_{is_d}, мДж	0,11/0,19	0,04	64/79
Потери выключения IGBT E_{off_IGBT}, мДж	0,73/0,98	0,28	62/71
Потери включения IGBT E_{on_IGBT}, мДж	0,33/0,57	0,25/0,41	24/28
Потери общие IGBT E_{is_IGBT}, мДж	1,06/1,55	0,53/0,69	50/55
Потери общие E_is, мДж	1,17/1,74	0,57/0,73	51/58

На рис. 17 показаны суммарные динамические потери IGBT (включение и выключение) при частоте коммутации от 10 до 100 кГц и температурах +25, +75 и +125 °C. Потери транзистора с SiC SBD примерно в два раза ниже, чем с Si Ultrafast. У этого варианта также меньше температурная зависимость потерь. Ее наличие объясняется тем, что с ростом температуры растет время выключения, а потери включения остаются при этом неизменными. Такое заметное улучшение динамических свойств IGBT объясняется, в первую очередь, отсутствием процесса обратного восстановления SiC SBD.

Потери проводимости и общие потери

На рис. 18 показана прямая вольт-амперная характеристика 1200-В Ultrafast Si-диода и SiC SBD при температурах +25 и +125 °С. При токе 5 А прямое падение напряжения SiC SBD меньше на 0,75 В при 25 °Си на 0,18 В при +125 °С, таким образом, SiC-диод имеет меньшие потери проводимости.

**Таблица 3.** Сравнение расчетных значений потерь конвертера с 1200-В Ultrafast Si-диодами и SiC SDB при Tj = +125 °C
Параметр	Si Pin	SiC	% снижения
Потери диода динамические, Вт	19	4	79
Потери диода статические, Вт	12,5	11,7	6
Потери общие диода, Вт	31,5	15,7	50
Потери IGBT динамические, Вт	155	69	55
Потери IGBT статические, Вт	14,5	14,5	0
Потери общие IGBT, Вт	169,5	83,5	51
Потери общие, Вт	201	99,2	51

В таблице 3 приведены расчеты суммарных потерь для преобразователя на модулях 12-го класса, работающего с частотой коммутации 100 кГц с коэффициентом заполнения 50% при среднем токе 2,5 А. Расчеты делались для температуры кристаллов +125 °С. Справочное значение потерь проводимости IGBT составляет 2,9 В при 5 А. При использовании SiC SBD общие потери диода уменьшаются на 50%, а потери IGBT — на 51%. Таким образом, простая замена Ultrafast Si-диодов на SiC SBD обеспечивает снижение потерь 1200-В конвертера на 51%.

Заключение

Потери включения IGBT в значительной степени зависят от характеристик обратного восстановления оппозитного диода. Параметры SiC SBD оказывают большое влияние на динамические свойства как самого диода, так и IGBT в режиме жесткой коммутации. Представленные выше результаты измерений демонстрируют значительные преимущества SiC-диодов Шоттки. В то время как ток обратного восстановления Ultrafast Si-диодов демонстрирует сильную зависимость от температуры, параметры SiC SBD остаются неизменными. При высоких значениях di/dt Ultrafast Si-диоды генерируют перенапряжение при выключении, в отличие от них SiC SBD практически не генерируют перенапряжения благодаря отсутствию тока обратного восстановления. Резкое выключение Si Ultrafast создает паразитные осцилляции напряжения на IGBT,что, в свою очередь, приводит к генерации радиочастотных/электромагнитных помех. Этот эффект также отсутствует у SiC SBD.

Снижение потерь переключения на 50% можно использовать для оптимизации характеристик устройства несколькими различными способами. Например, это дает возможность увеличения эффективности преобразователя, снижения требований к системе охлаждении или использования IGBT с меньшим номинальным током. Также это позволяет увеличить рабочую частоту и, соответственно, уменьшить размеры пассивных компонентов или улучшить акустические характеристики. Отсутствие коммутационных перенапряжений устраняет необходимость в снабберных цепях. Отсутствие высокочастотных осцилляций уменьшает требования к фильтрам RFI/EMI. Замена Ultrafast Si-диодов на SiC-диоды Шоттки, такие как Cree Zero Recovery SBD, приводит к существенному снижению коммутационных потерь как в диоде, так и в IGBT, что дает значительное улучшение характеристик всей системы.

Автор

Джим Ричмонд(Jim Richmond)

Перевод

Евгений Карташов

Валерия Смирнова — продакт-менеджер компании Макро Групп. [email protected]

Статья была опубликована в журнале «Силовая электроника», № 1’2018.

Обзор медиаприставки Яндекс.Модуль с Яндекс.ТВ

Обзор первой версии этого модуля откровенно не задался, в итоге он так и не был опубликован. Нечего было изучать в том устройстве, кроме солидного запаса «железа», которым его оснастили. При этом заложенная функциональность имела строго обратное направление: порты заблокированы, воспроизведение локального и даже локально-сетевого контента невозможно, подключение дополнительных устройств невозможно. Только интернет-контент, и в основном за деньги. Таким образом, первая версия этого прибора являлась, по сути, банальным продолжением смартфона и работала как Miracast-удлинитель для телевизоров, не имеющих Wi-Fi-адаптера.

Шло время. Шла работа над ошибками. И наконец — вот он, новый Модуль. Функциональность значительно расширена, хотя лейтмотив устройства остался прежним: просмотр интернет-контента на условиях оформленной подписки. Впрочем, при желании «продвинутые» пользователи вполне могут использовать уйму других, скрытых возможностей Модуля.

Ввиду того, что Модуль полностью отвечает запросам обоих типов пользователей, мы подготовили две версии статьи: короткую и длинную.

Экспресс-версия

Включите устройство, зайдите в свой Яндекс-аккаунт, зажмите на пульте кнопку Алиса, произнесите «Покажи <популярный сериал> четвертый сезон», наслаждайтесь просмотром. Все, можно переходить к выводам.

Полная версия

Конструкция

Прибор поставляется в ярко-заманчивой коробке, техническая информация на которой полностью отсутствует.

Зато в обилии имеется другая информация, и не только текстовая, но и графическая. С ее помощью любой человек, не имеющий почти никаких знаний о современной технике, с легкостью подключит устройство к телевизору. Главное — чуточку уметь работать со смартфоном и помнить пароль к своей Wi-Fi-точке.

Комплектность оказалась довольно богатой: модуль, пульт управления, коротенький HDMI-кабель и адаптер питания с во-о-от таким длинным проводом, целых 1,8 метра. А также книжица-раскладушка, в которой имеется не только сверхдоступная информация о подключении, но и достаточно подробное перечисление технических характеристик.

Миниатюрный кирпичик с плавными углами содержит всего два физических интерфейса: USB Type C для питания и HDMI в качестве аудио/видеовыхода. Нужно уточнить: USB используется только для питания, информационной шины в нем нет, так что подключать устройство к ПК бессмысленно. Жаль.

Кстати, слева от USB-входа на корпусе можно видеть некий объект. Это зеленый светодиод, он сигнализирует о наличии питания. Заодно это же и кнопка для сброса устройства. Которая, надеемся, никогда не понадобится.

На обратной стороне корпуса также ничего интересного. И правильно, модуль всегда находится позади телевизора, вы его не будете видеть.

Благодаря расположению интерфейсов модуль становится этаким сквозным переходником, соединяющим два провода, USB и HDMI. Миниатюрность и малый вес устройства вполне тому способствуют.

Торчащий из HDMI-порта короткий кабель с модулем не создаст никаких напряжений в конструкции разъема. Впрочем, при желании или если это диктуется особенностью расположения портов в телевизоре, можно использовать L-образный HDMI-переходник. Вот как на этом фото.

Производитель рекомендует: питание модуль должен получать не от телевизора, а от своего адаптера, который присутствует в комплекте. Выдавая 5 В 1,5 А (7,5 Вт), этот адаптер стопроцентно обеспечит необходимое модулю питание, тогда как USB-порты в телевизорах могут давать меньший ток, чем требуется.

Впрочем, тут производитель явно перестраховался, и вот почему. В режиме простоя модуль потребляет около 0,2 А, а при воспроизведении даже тяжелого контента (HEVC 4K 10bit) с источника, находящегося в локальной сети — не более 0,6 А. Причем, заметьте, этой энергии хватает на работу множества компонентов, включая аппаратный декодер и Wi-Fi-адаптер, работающий на частоте 5 ГГц.

В любом случае, никто не запрещает попробовать запитать модуль от USB-порта телевизора. Ничего не сломаете, это уж точно.

Прилагаемый пульт ДУ — такая, знаете, вещь в себе. С сюрпризами. Ну, во-первых, он красивый.

Во-вторых, этот пульт общается с модулем вовсе не посредством инфракрасных лучиков. Ведь модуль у нас где находится? Правильно, за телевизором. А имеется ли в модуле окошечко-приемник сигнала с ИК-пульта? Верно, нет такого. Остается одно: радио, Bluetooth 4.0/5.0, BLE. Оно же используется и для передачи модулю голосовых команд, ведь пульт снабжен еще и микрофоном.

В-третьих, встроенная подсветка. Цветное кольцо с эффектом дыхания опоясывает круглую кнопку-джойстик.

Цвет кольца меняется в зависимости от текущего статуса и задач: фиолетовый (Алиса слушает вас), синий пульсирующий (пульт в режиме настройки), желто-зеленый (Модуль ищет пульт), красный мигающий (не удалось подключить пульт к Модулю).

Наконец, в четвертых: для чего все-таки в носик пульта встроен ИК-диод, а на панели расположены кнопки включения и выбора источника? Оказывается, для телевизоров, которые не поддерживают обработку сигналов управления по стандарту HDMI-CEC (иногда она поддерживается, но по умолчанию выключена, стоит проверить в настройках). Левая верхняя включает/выключает телевизор, а правая меняет входы. То же относится и к кнопкам громкости. Если телевизор не реагирует на кнопки пульта Модуля, то все решается за минуту, достаточно зайти в Настройки устройства → Об устройстве, и выбрать пункт Настройка ИК-пульта. Выбрав марку ТВ или активировав ручную настройку кнопок, вы гарантированно подружите пульт с любым телевизором.

Более универсальных пультов с такой быстрой перенастройкой автору видеть не доводилось.

Технические характеристики

Следующая таблица содержит некоторые технические сведения о модуле. Эту информацию не найдешь на страничке продукта, зато она имеется в прилагаемом кратком руководстве пользователя. Не вся, конечно. По хорошей традиции, секрет состава многих брендовых штучек охраняется похлеще военной тайны.

Модель	Модуль Яндекс.ТВ (YNDX-00251)
Чипсет	N/A
Процессор	N/A
Операционная система	оболочка Яндекс.ТВ
Встроенная память	25 ГБ
Оперативная память RAM	N/A
Интерфейсы	разъем USB Type C выход HDMI 2.0
Сеть	получение данных: Wi-Fi 802.11b/g/n/ac (2,4 и 5 ГГц) связь с пультом: Bluetooth 4.2 / 5.0, BLE
Источники	локальная сеть (VLC Player) интернет
Поддержка видеоформатов	1280×720 (HD Ready), 1920×1080 (Full HD), 3840×2160 (Ultra HD 4K). 4K 60p 4:2:2 / 4K 60p 4:2:0. HDR10 Static, HDR10 Dynamic, Dolby Vision
Габариты (Ш×В×Г), вес	90×45×16 мм, 60 г
Розничные предложения

Подключение, настройки

Кабель USB — в адаптер питания, кабель HDMI — в любой телевизионный HDMI-разъем. Получившаяся цепочка представляет собой готовую работающую систему. Кстати, пока мы это печатали, цепочка уже работает. Модулю хватает 25 секунд, чтобы не только загрузить операционную систему и интерфейс, но и подключиться к Wi-Fi-сети. Если она, конечно, уже была настроена.

Настройки модуля очень похожи на те, что есть в Android, и любой, имевший дело со смартфонами, разберется с подключением не глядя.

Выбор Wi-Fi-точки Ввод пароля

Важно знать, что для надежности лучше использовать 5-гигагерцовую точку, которая хоть и имеет меньший радиус действия, зато дает бо́льшую пропускную способность. И еще в этом диапазоне не так много чужих сетей, которые могут мешать устойчивой связи во всю ширину канала. А иногда их вообще нет. Вы можете в этом убедиться сами, установив на смартфон приложение WiFi Analyzer и просканировав оба диапазона.

2,4 ГГц 5 ГГц

Таким образом, если ваш роутер не поддерживает 5 ГГц — пора бы ему обновиться.

Во время первоначальной настройки Модуля происходит важное событие. Если вы его пропустите или отложите действия, то впоследствии, возможно, придется попотеть, чтобы получить этот подарок. Дело в том, что вместе с Модулем вы приобрели еще и годовую подписку на Яндекс.Плюс. Что дает этот Яндекс.Плюс? А вот что:

фильмы и сериалы без рекламы на КиноПоиске (он уже встроен в Модуль)
все возможности Яндекс.Музыки (тоже имеется здесь)
скидки или кэшбек на такси в приложении Яндекс Go
дополнительные 10 ГБ на Яндекс.Диске

Как говорится, дайте два! Есть, конечно, и некоторые хитрости, куда без них. На страничке, где описываются преимущества Яндекс.Плюс, содержится дисклеймер такого содержания: Для получения подарка выберите привязанную банковскую карту или привяжите новую. После окончания промопериода, как только произойдет первое списание, вы можете отказаться от продления подписки. Ну, в конце концов, миллионы людей платят за развлечения, ведь зрелища — это вторая расходная статья после хлеба.

Таким образом, крайне желательно, чтобы перед первой настройкой Модуля к вашему аккаунту уже была привязана банковская карта. Мы, к сожалению, не озаботились этим вовремя, поэтому пришлось сбрасывать настройки Модуля, чтобы пройти процедуру первоначальной настройки заново и получить-таки годовую подписку на Плюс. Позже выяснилось, что подарочные подписки даже посли настройки можно найти в приложении Яндекс (Устройства — Настройки — Покупки и подписки). Не совсем очевидно, но, скорее всего, целевая аудитория Модуля — те, кто уже пользуется платными сервисами Яндекса и привязали карты, так что они с таким ребусом не столкнутся.

Настройка пульта завершена Получение подарка Выбор подтвержденной банковской карты Дело сделано, мы в Плюсе

Прочие настройки модуля также знакомы любому, кто держал в руках Android-устройство. Тем более, настроек здесь не так уж и много.

Главный блок настроек

Самый емкий раздел — это настройки видеовыхода. Здесь не только выбирается разрешение и частота, но и активируется широкий динамический диапазон и нужный стандарт цветности. С удивлением обнаруживаем, что скромный модуль поддерживает вывод сигнала 4K 60p, да еще и в HDR!

Прочие настройки позволяют просмотреть информацию об устройстве и объеме накопителя, задать системный уровень звука, включить прямое управление телевизором через HDMI-CEC, провести сброс до заводских настроек и получить помощь по настройке и управлению модулем.

Один из пунктов настроек называется Приложения. Здесь отображаются предустановленные программы, а также приложения, которые пользователь установил самостоятельно.

Установка приложений производится из встроенного в Яндекс.ТВ магазина. Выбор здесь (пока?) более чем скромный. И по большей части состоит из программ-сервисов, работающих на основе подписки. Конечно же, платной. Разработчики Яндекса в настоящее время собирают пожелания пользователей, которые хотели бы видеть в Магазине свои любимые приложения.

Впрочем, есть в магазине одна уникальная программа, которой ничего от вас не нужно, кроме уважения. Это VLC media player, известнейший кроссплатформенный плеер-универсал. Конечно, его мы установили в первую очередь. Ведь только он даст возможность провести задуманное тестирование, которое позволит сделать выводы о производительности Модуля.

Производительность

В первую очередь — о поддержке кодеков. Данный фактор не должен интересовать тех пользователей, кто ограничивается просмотром контента, поступающего от стриминговых сервисов. Тут все в порядке, сюрпризов ожидать не приходится — видео с YouTube или КиноПоиск HD будет исправно отображаться на экране, и неважно, какое разрешение или битрейт у источника.

Однако, тем, кто удосужится использовать Модуль более чем на эти несколько процентов его возможностей, наверняка интересна тема поддержки форматов и кодеков. Их можно успокоить: тревожиться не следует, ограничений практически нет. Модуль воспроизводит любой контент, в любых контейнерах и с любыми кодеками. Включая такую архаику, как FLV и даже Real Video (кто помнит о таком формате, RMVB?). Лишь один кодек не поддерживается, имя ему — VC1. Он умер, толком не родившись. Ну, туда ему и дорога.

Поддержка кодека H.264 в 4K ограничивается частотой 30 кадров в секунду. Если включить воспроизведение фильма, который сжат AVC и имеет частоту более 30 кадров в секунду, плеер отобразит первые несколько кадров, после чего картинка замрет. И это абсолютно правильно: для сжатия 4K, тем более высокочастотного, должен использоваться другой кодек, новый HEVC (H.265). Который, само собой, поддерживается Модулем без ограничений на частоту кадров.

Следующий тест мы не проводили очень давно, но руки-то помнят. Цель: выяснить, происходят ли пропуски или дублирование кадров при воспроизведении контента с разной частотой. Способ: тестовые видеофайлы с циферблатом и вращающейся стрелкой, совершающей один оборот в секунду, воспроизводятся на экране телевизора. Экран фотографируется камерой с выдержкой в одну секунду. Таким образом, на снимке будет видно, имеются ли пропуски (пустые сектора) или дублирование (стрелки с двойной яркостью). Начнем с кодека H.264. Здесь отсутствуют снимки воспроизведения файлов с частотой 50 и 60 к/с, причина описана выше.

Кадрик в кадрик, не придраться! Ну а что с воспроизведением H.265?

И снова в цель, никакого подвоха. Резюме: ни в коем случае нельзя переживать за плавность воспроизведения любого контента, будь он хоть 4K 60p. Но такого контента не будет на КиноПоиске и в других сервисах, все фильмы снимались и снимаются строго с частотой 24 кадра в секунду. За редчайшими исключениями, которые даже статистической погрешностью не могут считаться. Вместо высокочастотного контента в стриминговых сервисах ожидается появление фильмов с расширенным цветовым пространством, HDR10 и прочие DolbyVision. А кое-где, говорят, уже и появились. Для просмотра такого контента требуется не только телевизор с соответствующей поддержкой, но и плеер. То есть, сразу вопрос к нашему Модулю: сумеешь воспроизвести 10 бит?

Модуль отвечает: легко. Во время тестирования мы запускали разные тестовые видеоролики в формате HDR, а также фильмы в формате HEVC 4K HDR. Наша специальная железка, устройство захвата, с помощью которого были получены снимки и видеозапись экрана, не только поддерживает HDR-источники, но и отображает формат текущего сигнала: 2160p59 HDR. Железное свидетельство, в прямом смысле.

А знаете, почему вы видите градиенты, хотя в HDR их не должно быть? Потому, что это JPEG и веб, а не HEVC 10-bit на телевизоре с поддержкой HDR.

Кстати, видео с HDR можно отыскать даже на YouTube. Как правило, это демонстрационные ролики, предназначенные для оценки качества и проверки наличия поддержки данной технологии. И здесь Модуль не подкачал: в начале воспроизведения такого ролика Модуль понимает формат видео и переключает видеовыход в соответствующий режим.

Теперь необходимо рассказать о звуке. Не секрет, что большинству домашних пользователей хватает динамиков, которые встроены в телевизор. Ну, иногда можно еще встретить саундбары и прочие устройства, чуть усиливающие басы и дающие так называемый эффект присутствия. И все-таки, а как насчет поддержки Модулем многоканального звука, все вот эти Dolby и прочие DTS? В настройках Модуля нет никакого упоминания о звуковых форматах или о возможности прямого (Direct) вывода звука на ресивер, и это настораживает. Неужели все ограничено банальным стерео?

Чтобы узнать ответ, мы пропустили сигнал с модуля через аудиоресивер на телевизор и включили воспроизведение видео с многоканальным звуком. И вот что из этого получилось.

Ура, товарищи! Поддержка Модулем многоканального звука подтверждена. Вот он, этот звук, в строчке Input (вход) информационного блока аудиоресивера, который выведен на экран ТВ: Dolby Digital 5.1 48 kHz.

Но как этого добиться? А вот этот вопрос мы рассмотрим в соответствующей главе, эксплуатационной.

Эксплуатация

Одна из важных фишек прибора, которая преподносится как ключевая (что соответствует действительности) — это Алиса, запрятанная в Модуль. Для того чтобы отправить ей запрос или команду, нужно нажать и удерживать на пульте управления специально предназначенную для этого кнопку. Нажал — держишь — говоришь — отпускаешь, примерно так. Встроенный в пульт микрофон (точнее, алгоритм распознавания) прекрасно различает голос, отделяя его от окружающего фона. Кстати, начинать фразу с имени Алиса вовсе не обязательно. Нажав кнопку Алисы на пульте ДУ, вы тем самым уже позвали ее к диалогу.

Вопросы могут быть любые, от банальной погоды и просьбы включить тот или иной телеканал до поиска конкретной серии конкретного сезона какого-то сериала. А вот о способностях экосистемы Яндекса знает не каждый. Функции Алисы, работающей в Модуле, вовсе не ограничиваются поиском фильмов и рассказами анекдотов. Если у пользователя имеются «умные» устройства, которые привязаны к Яндексу, то включить в этот список Модуль — первое дело.

Теперь, когда Модуль знает, что у вас имеется люстра, включить ее можно безо всякого смартфона, а просто нажав на пульте Модуля кнопку и продиктовав команду. Что характерно, если во время диалога с Алисой Модуль занимается воспроизведением видео, то экран немного темнеет, а звук приглушается. Следующий ролик составлен из записи экрана и съемки комнаты с той самой люстрой.

Похожим образом осуществляется взаимосвязь с другим устройством Яндекса. Например, со Станцией. Кстати, они даже продаются единым комплектом, Яндекс.Модуль и колонка Яндекс.Станция Мини 2. Симбиоз двух устройств позволит управлять Модулем с помощью голоса, не используя пульт ДУ.

Но вернемся в интерфейс Модуля. Весь доступный для просмотра контент поделен на категории, которые расположены слева. В категории ТВ можно найти уйму телеканалов. Если у вас имеется подписка Яндекс Плюс, то все каналы будут доступны. Правда, здесь почти не представлены центральные федеральные каналы, и это довольно странно.

Просмотр выбранного канала стартует почти мгновенно, в течение одной-двух секунд. Такое ощущение, будто Модуль предугадывает ваши желания и заранее буферизует поток. Разумеется, это не так.

Выбор канала ТВ-трансляция в HD-качестве

В категории Фильмы хранится библиотека, предоставленная сервисом КиноПоиск HD. Здесь просто кошмарное количество фильмов, в том числе много и бесплатных. Алгоритм деления фильмов на классы «платный» и «бесплатный» для автора так и остался тайной.

Кстати, насчет многоканального звука. Фильмы с такой аудиодорожкой долго искать не пришлось: наличие многоканального звука в фильме обозначается специальной иконкой 5.1. Правда, она прячется в обложке фильма, а не отображается рядом с иконкой фильма в общем списке.

В отличие от Фильмов, в сервисе Музыка нет HD- или многоканального аудиоконтента. Зато все привычно, как на смартфоне. Ну, почти все.

Выбор категории Воспроизведение списка

Вопрос: а где список? Где плейлист, который в настоящее время воспроизводится? Имеется в виду вот этот список, который виден в Яндекс.Музыке на всех Android-устройствах:

Нет списка. Есть только возможность перескочить на следующую или предыдущую композицию. Вслепую. Надеемся, разработчик учтет недоработку и исправит положение.

Хорошо, с веб-сервисами разобрались. Но как же посмотреть свой контент, локальный? Не обязательно «пиратские» рипы с торрентов, а, к примеру, семейные фильмы, которые хранятся на личном сетевом накопителе. Можно ли это сделать с помощью Модуля? Оказывается, можно.

И поможет в этом уже упоминавшееся приложение, VLC media player, которое имеется в магазине приложений Яндекс.ТВ и может быть установлено одним щелчком кнопки пульта. Теперь достаточно зайти в Обзор, активировать иконку Добавление сервера в Избранное, ввести необходимые данные (они зависят от типа выбранного протокола) — и готово, сервер находится в списке источников!

Теперь все зависит от настроек вашего NAS, от прав доступа к папкам и подпапкам.

Помните, мы обещали ответить на вопрос, где взять многоканальный звук? Вот и обещанный ответ. Судя по отзывам пользователей, имеющих подписку на всякие-разные стриминговые сервисы, встретить фильм с многоканальным звуком — это большая редкость и удача. Нет, дело понемногу продвигается, такие фильмы появляются, но пока их мало, как мало и фильмов с 10-битной глубиной цвета.

Гарантированно же получить с Модуля многоканальный звук можно только одним способом: при наличии такого контента на своем NAS и при условии использования плеера VLC. Плеер по умолчанию сводит звук в стерео-PCM, поэтому опцию прямого вывода цифры требуется включить принудительно. Вот она, эта опция, самая нижняя в панели команд.

Более того, VLC в связке с Модулем дружит не только с видео. Но и с многоканальным звуком. Так, VLC спокойно воспроизводит многоканальный DTS в WAV, FLAC с поддержкой списков воспроизведения в формате CUE и другие форматы.

Конечно, MP3 и прочие банальности также поддерживаются, но это не настолько интересно, чтобы тратить на них время.

Да, и еще кое-что.

При заданной неактивности (5, 15, 30, 60 или 120 минут) Модуль включает экранную видеозаставку. Это короткие 4K-видеофайлы, воспроизводимые в случайной последовательности. Тематика крутится вокруг природы, от полета над горами до хрумкающей белочки. Разрешение, детализация, цвет — м-м-м, закачаешься. Правда, звука нет. Очень не хватает.

В заключение эксплуатационной главы приведем традиционные теплоснимки устройства. Во время длительной работы корпус Модуля остается чуть теплым, это заслуга современных электронных компонентов, потребляющих совсем немного энергии.

Максимальная температура некоторых участков корпуса составила ничтожные 43 °C, хотя перед этой тепловизионной съемкой модуль провел несколько часов в режиме воспроизведения «тяжелого» видео. Тестирование проводилось при комнатной температуре около 26 °C. Резюмируем: за перегрев устройства можно не волноваться.

Выводы

Невозможно было ожидать столь высокой производительности и богатой функциональности от миниатюрного, невесомого и на удивление недорогого устройства. Высококачественные электронные компоненты с мизерным энергопотреблением, поддержка всех форматов медиа, богатый выбор контента, интеграция в Умный дом — это лишь краткий список возможностей Яндекс.Модуля. Ну и, конечно, годовая подписка Яндекс.Плюс в подарок.

Значимые негативные стороны устройства трудно назвать сходу. Разве что невозможность установки любого Android-приложения, в том числе посредством переноса APK-файлов. Но куда их переносить? Интерфейсов-то для этого нет. А Play Market естественным образом отсутствует в списке предустановленного софта, поскольку здесь используется своя, закрытая экосистема.

Вот с положительными качествами прибора все гораздо проще, поскольку их много:

низкое энергопотребление
быстрая и плавная работа ОС и установленных приложений
поддержка всех существующих кодеков и контейнеров
поддержка 10-битного видеоконтента
поддержка многоканального и HD-звука
быстрое автоматическое переключение частоты на видеовыходе в соответствии с частотой воспроизводимого видео
пульт ДУ с уникальными функциями

Такой список преимуществ нельзя не отметить заслуженной наградой.

MacBook Pro 14 дюймов и MacBook Pro 16 дюймов – Apple (RU)

Суперсила профессионалов.

Мы создали самый мощный MacBook Pro в истории. И это монстр. Супербыстрые M1 Pro и M1 Max — первые чипы Apple, разработанные специально для профессионалов. Они дают феноменальную производительность и обеспечивают удивительно долгое время работы без подзарядки. Прибавьте к этому потрясающий дисплей Liquid Retina XDR, превосходную камеру и звук, а также больше портов для профессиональной работы. С этим ноутбуком всё становится возможным.

До 3,7x выше
производительность

процессора

До 13x быстрее
обработка
графики

До 11x быстрее
машинное
обучение

До 21 часа работы
без подзарядки

Теперь держитесь.

Дико

быстро.

Процессор до 10 ядер

Графический процессор до 16 ядер

Объединённая память до 32 ГБ

Пропускная способность
памяти до 200 ГБ/с

Дико

быстрее.

Процессор 10 ядер

Графический процессор до 32 ядер

Объединённая память до 64 ГБ

Пропускная способность
памяти до 400 ГБ/с

Чипы M1 Pro и M1 Max — это совершенно новый масштаб архитектуры М1. И впервые мы разработали систему на чипе специально для профессиональных ноутбуков. У обоих чипов больше ядер в центральном и графическом процессорах и больше объединённой памяти, чем в чипе M1. А ещё мощная система Neural Engine для высокой скорости машинного обучения и обновлённые медиапроцессоры с поддержкой ProRes. M1 Pro и M1 Max позволяют профессионалам создавать то, что раньше казалось невозможным.

Как устроены M1 Pro и M1 Max

M1 Pro

Дико быстро.

M1 Pro выводит архитектуру M1 на новый уровень производительности, открывая невероятные возможности для профессиональной работы. До 10 ядер в центральном процессоре и до 16 в графическом, 16‑ядерная система Neural Engine, выделенные медиапроцессоры для кодирования и декодирования файлов с поддержкой кодеков H.264, HEVC и ProRes — такой ноутбук легко справится с самыми амбициозными проектами.

Графический
процессор
до 16 ядер

До 32 ГБ
объединённой
памяти

Пропускная
способность
памяти
до 200 ГБ/с

Возможность
подключения
двух мониторов

До 20 потоков
видео 4K
в формате
ProRes

Xcode

M1 Max

Дико быстрее.

M1 Max — невероятно мощный чип для ноутбуков профессионального уровня. Он оснащается 10‑ядерным процессором, графическим процессором до 32 ядер и 16‑ядерной системой Neural Engine. Скорость обработки графики и пропускная способность памяти у этого чипа вдвое больше, чем у M1 Pro. Кодирование видео происходит до 2 раз быстрее, поскольку в M1 Max установлено два медиапроцессора для кодирования и отдельный медиапроцессор для декодирования, а два ускорителя ProRes помогают при работе с несколькими потоками видео.

Графический
процессор
до 32 ядер

До 64 ГБ
объединённой
памяти

Пропускная
способность
памяти
до 400 ГБ/с

Возможность
подключения
четырёх мониторов

До 7 потоков
видео 8K
в формате
ProRes

Final Cut Pro

Выберите размер. Выберите чип.

И полетели.

Final Cut ProLogic Pro

M1 Max с 10‑ядерным процессором M1 Pro с 10‑ядерным процессором MacBook Pro 16 дюймов c 8‑ядерным

процессором Intel Core i9

Производительность графического процессора

Выше скорость рендеринга в 4K

Модель 14 дюймов

M1 Max с 32‑ядерным

графическим процессором

M1 Pro с 16‑ядерным

графическим процессором

MacBook Pro 13 дюймов с графическим

процессором Intel Iris Plus

Выше скорость рендеринга в 8K

Модель 16 дюймов

M1 Max с 32‑ядерным

графическим процессором

M1 Pro с 16‑ядерным

графическим процессором

MacBook Pro с графическим
процессором

Radeon Pro 5600M и 8 ГБ памяти HBM2

Выше скорость обработки 3D

в реальном времени

Модель 14 дюймов

M1 Max с 32‑ядерным

графическим процессором

M1 Pro с 16‑ядерным

графическим процессором

MacBook Pro 13 дюймов с графическим

процессором Intel Iris Plus

Выше скорость рендеринга
в Redshift

Модель 16 дюймов

M1 Max с 32‑ядерным

графическим процессором

M1 Pro с 16‑ядерным

графическим процессором

MacBook Pro с графическим
процессором

Radeon Pro 5600M и 8 ГБ памяти HBM2

Выше скорость рендеринга эффектов

Модель 14 дюймов

M1 Max с 32‑ядерным

графическим процессором

M1 Pro с 16‑ядерным

графическим процессором

MacBook Pro 13 дюймов с графическим

процессором Intel Iris Plus

Модель 16 дюймов

M1 Max с 32‑ядерным

графическим процессором

M1 Pro с 16‑ядерным

графическим процессором

MacBook Pro с графическим
процессором

Radeon Pro 5600M и 8 ГБ памяти HBM2

Выше скорость работы фильтров и функций,
использующих ускорение графического процессора

Модель 14 дюймов

M1 Max с 32‑ядерным

графическим процессором

M1 Pro с 16‑ядерным

графическим процессором

MacBook Pro 13 дюймов с графическим

процессором Intel Iris Plus

Модель 16 дюймов

M1 Max с 32‑ядерным

графическим процессором

M1 Pro с 16‑ядерным

графическим процессором

MacBook Pro с графическим
процессором

Radeon Pro 5600M и 8 ГБ памяти HBM2

Выше скорость обработки объектов,
сочетающих в себе векторную
и растровую графику

Модель 14 дюймов

M1 Max с 32‑ядерным

графическим процессором

M1 Pro с 16‑ядерным

графическим процессором

MacBook Pro 13 дюймов с графическим

процессором Intel Iris Plus

Модель 16 дюймов

M1 Max с 32‑ядерным

графическим процессором

M1 Pro с 16‑ядерным

графическим процессором

MacBook Pro с графическим
процессором

Radeon Pro 5600M и 8 ГБ памяти HBM2

День напролёт.

Adobe Photoshop Lightroom Classic

Неукротимая мощь и невероятное время работы от аккумулятора — вот она, настоящая магия чипов Apple. С ними вы можете скомпилировать до четырёх раз больше кода в Xcode и до двух раз дольше заниматься обработкой изображений в Lightroom Classic, прежде чем аккумулятор разрядится полностью. Причём MacBook Pro сохраняет высокий уровень производительности, даже если выключить его из розетки.

Модель 14 дюймов

До17часоввоспроизведения видео До11часовработы в интернете по беспроводной сети

Модель 16 дюймов

До21часавоспроизведения видео До14часовработы в интернете по беспроводной сети

Охлаждение что надо. Передовые компоненты систем охлаждения подают на 50 процентов больше воздуха даже при низкой скорости вращения вентиляторов. А при выполнении многих повседневных задач они вообще не включаются — настолько эффективно работают чипы Apple.

Объёмы на скорости. В новые MacBook Pro устанавливаются SSD‑накопители ёмкостью до 8 ТБ с невероятной скоростью чтения данных 7,4 ГБ/с — более чем в 2 раза выше по сравнению с моделями предыдущего поколения. С таким диском вы сможете мгновенно открывать видео в формате 8K и хранить сотни тысяч фото в формате RAW.

Мощная перестройка.

Новый MacBook Pro первым получил систему на чипе, созданном специально для ноутбуков профессионального уровня. В таких ноутбуках часто используются процессоры, потребляющие много энергии, дискретные графические процессоры и множество отдельных специализированных чипов. Здесь же центральный и графический процессор, контроллеры ввода-вывода и система Neural Engine являются частью одной системы на чипе с объединённой памятью. В результате M1 Pro и M1 Max не только легко справляются с ресурсоёмкими задачами, прежде недоступными для ноутбуков, но ещё и позволяют невероятно долго работать без подзарядки.

Связанные одним чипом. Многие компьютеры копируют одни и те же данные по несколько раз через медленные интерфейсы. Но только не новый MacBook Pro. Его центральный и графический процессоры используют объединённую память. Это значит, что все компоненты чипа напрямую обращаются к памяти и хранящимся в ней данным, не копируя их, и поэтому всё работает быстрее и эффективнее.

M1 Pro

До 32 ГБ объединённой памяти

До 200 ГБ/с пропускная способность памяти

M1 Max

До 64 ГБ объединённой памяти

До 400 ГБ/с пропускная способность памяти

Центральные процессоры в чипах M1 Pro и M1 Max
содержат до восьми ядер производительности и два ядра эффективности, что позволяет им быстрее обрабатывать данные и расходовать при этом в десять раз меньше энергии. А графические процессоры обращаются к данным с меньшей задержкой и при улучшенной энергоэффективности имеют превосходный показатель производительности на ватт.

Процессор

до 10 ядер

Графический

процессор

до 16 ядер Система

Neural Engine

16 ядер Процессор

10 ядер

Графический

процессор

до 32 ядер Система

Neural Engine

16 ядер

Максимальная производительность.

Минимум энергозатрат.

Соотношение производительности центрального процессора и потребляемой энергии

Пиковая производительность M1 Pro и M1 Max в 1,7 раза выше, чем у некоторых 8‑ядерных процессоров для сопоставимых по мощности ноутбуков. А равную с ними производительность новые чипы обеспечивают, расходуя на 70 процентов меньше энергии.

В 1,7X выше
производительность

На 70% меньше
потребление энергии

Чип M1 Pro: соотношение производительности графического процессора и потребляемой энергии

При пиковой производительности M1 Pro потребляет на 70 процентов меньше энергии, чем некоторые ноутбуки PC с дискретным графическим процессором.

На 70% меньше потребление энергии

Чип M1 Max: соотношение производительности графического процессора и потребляемой энергии

В пиковом режиме M1 Max обеспечивает более высокую производительность и потребляет на 40 процентов меньше энергии, чем некоторые компактные ноутбуки уровня Pro с мощными дискретными графическими процессорами. А если сравнивать с наиболее мощными ноутбуками с дискретной графикой, то M1 Max обеспечивает схожий уровень производительности, потребляя на 100 Вт энергии меньше.

На 100 Вт меньше потребление энергии

XDRадует.

Blackmagic Design DaVinci Resolve

Liquid Retina XDR. Это первый дисплей для ноутбуков Mac с экстремальным динамическим диапазоном и контрастностью миллион к одному. На таком экране превосходно смотрятся фото, игры и видео в формате HDR. Отлично видны светлые участки, чётко передаются все детали в тёмных областях, цвета получаются яркими и естественными. Каждый дисплей проходит заводскую калибровку и поддерживает профессиональные режимы для грейдинга в HDR, работы с фотографиями, дизайна и предпечатной подготовки.

ProMotion. Это первые компьютеры Mac, для которых была реализована поддержка ProMotion. С ней всё работает быстро и гладко — от прокрутки веб-страниц до движений в компьютерных играх, — и при этом ноутбук потребляет меньше энергии. Максимальная частота обновления экрана составляет 120 Гц. Фактическое значение адаптивно меняется, подстраиваясь под скорость движения объектов на экране ноутбука. А для редактирования видео с поддержкой ProMotion можно выбрать фиксированную частоту обновления, соответствующую параметрам записи.

Корпус дисплея. Толщина корпуса составляет менее 4 мм. Этого достаточно, чтобы разместить превосходный дисплей MacBook Pro.

Диоды mini-LED. Тысячи диодов сгруппированы в независимые локальные зоны затемнения. Таким образом достигается оптимальная яркость и контрастность.

Оптические плёнки и рассеиватели. Семь плёнок и рассеивателей эффективно формируют потоки света, помогая сделать дисплей невероятно тонким.

ЖК‑панель. Активная область экрана доходит почти до самых краёв корпуса. Рамка стала до 60 процентов тоньше, а значит, появилось больше места для контента.

1000 кд/м² постоянной яркости

1600 кд/м² пиковой яркости

10 000 диодов mini-LED

1 000 000:1 контрастность

1 000 000 000 цветов

16,2 дюйма

3456×2234 пикселя

7,7 миллиона пикселей

254 пикселя на дюйм

14,2 дюйма

3024×1964 пикселя

5,9 миллиона пикселей

254 пикселя на дюйм

На секундочку — камера HD 1080p.

Быть на связи сегодня как никогда важно. Поэтому мы удвоили разрешение камеры MacBook Pro — до 1080p — и увеличили диафрагму, чтобы она пропускала больше света. Обладая при этом увеличенной матрицей с большим количеством эффективных пикселей, камера даёт в два раза более качественное изображение при слабом освещении.

Всё у вас подключится.

Слот для карт SDXC позволяет переносить фото и видео. Порт HDMI — подключать телевизоры и мониторы. Выход 3,5 мм автоматически распознаёт наушники с высоким импедансом и корректирует параметры. Три порта Thunderbolt 4 служат для подключения высокоскоростных периферийных устройств. А к разъёму питания MagSafe 3 легко примагнитить кабель для быстрой зарядки.

Мощь и клавиатура — парочка уровня Pro.

На клавиатуре Magic Keyboard у MacBook Pro впервые появился ряд полноразмерных механических функциональных клавиш. Такие клавиши особенно ценят профессиональные пользователи из‑за тактильных ощущений. Вы сможете быстро активировать поиск Spotlight, Диктовку и функцию «Не беспокоить». Кроме того, на клавише Touch ID теперь есть специальное рельефное кольцо, которое помогает правильно приложить палец для разблокировки Mac.

macOS Monterey и чип Apple.

Мощное сочетание.

В macOS Monterey можно использовать одну клавиатуру, трекпад и мышь для одновременной и непрерывной работы на Mac и iPad — с функцией «Универсальное управление». Автоматизировать сложные задачи с помощью Быстрых команд. Передавать изображение со своего экрана, вместе смотреть фильмы и работать над проектами через FaceTime. И просматривать веб‑сайты в Safari — браузер стал ещё лучше. А режим фокусирования поможет сосредоточиться, временно отключив лишние уведомления.

Подробнее о macOS Monterey

Профессиональные приложения.

Мощь чипов M1 Pro
и M1 Max в действии.

Более 10 000 приложений и плагинов уже оптимизированы для работы с чипами Apple. К тому же технология Rosetta 2 автоматически адаптирует приложения, созданные для компьютеров с процессорами Intel, и позволяет использовать их на новых MacBook Pro.

Adobe Photoshop, Affinity Photo, Capture One, Adobe Photoshop Lightroom Classic и многое другое.

Affinity Designer, Sketch, Vectorworks, Adobe Illustrator, Pixelmator Pro и многое другое.

Octane X, Maxon Cinema 4D, Redshift, Blender и многое другое.

Logic Pro, Ableton Live 11, Adobe Audition, FL Studio и многое другое.

Adobe Premiere Pro, Blackmagic Design DaVinci Resolve, Final Cut Pro, Motion, Compressor, Adobe Media Encoder, Blackmagic Fusion Studio, Adobe After Effects и многое другое.

Xcode, Unity Editor, Create ML, TensorFlow, Visual Studio Code, NAG Fortran Compiler и многое другое.

NASA TetrUSS, Wolfram Mathematica, OsiriX MD, Shapr3D, CrystalMaker® и многое другое.

Решенные проблемы на стабилитроне

1 кв. Для схемы, показанной на рисунке 1 (i), найдите: (i) выходное напряжение (ii) падение напряжения на последовательном сопротивлении (iii) ток через стабилитрон.

Рис.1 (i)

Решение:

Если вы удалите стабилитрон на рис. 1, напряжение V на разомкнутой цепи будет равно:

Поскольку напряжение на стабилитроне больше VZ (= 50 В), стабилитрон находится во включенном состоянии.Следовательно,
может быть представлен батареей на 50 В, как показано на рис. 1 (ii).

Рис. 1 (ii)

(i) Ссылаясь на рис. 1 (ii),

(ii)

(iii)

2 кв. Для схемы, показанной на рис. 2 (i), найдите максимальное и минимальное значения тока стабилитрона.

Рис.2

Решение:

Первым делом нужно определить состояние стабилитрона.Легко видеть, что для данного диапазона напряжений (80 — 120 В) напряжение на стабилитроне больше VZ (= 50 В). Следовательно, стабилитрон будет во включенном состоянии для этого диапазона приложенных напряжений. Следовательно, его можно заменить батареей на 50 В, как показано на рис. 2 (ii).

Максимальный ток стабилитрона: Стабилитрон будет проводить максимальный ток при максимальном входном напряжении, т.е. 120 В. При таких условиях:

Минимальный ток стабилитрона: Стабилитрон будет проводить минимальный ток, когда входное напряжение составляет минимум
i.е. 80 В. При таких условиях имеем

3 кв. В схеме, показанной на рис. 3, используется стабилитрон на 7,2 В, а ток нагрузки должен изменяться от 12 до 100 мА. Найдите значение последовательного сопротивления R для поддержания напряжения 7,2 В на нагрузке. Входное напряжение составляет 12 В, минимальный ток стабилитрона составляет 10 мА.

Фиг.3

Решение:

Напряжение на R должно оставаться постоянным на уровне 12-7.2 = 4,8 В при изменении тока нагрузки от 12 до 100 мА. Минимальный ток стабилитрона будет иметь место при максимальном токе нагрузки.

Если в цепь вставлено сопротивление R = 43,5 Ом, выходное напряжение останется постоянным во всем диапазоне регулирования. По мере уменьшения тока нагрузки IL ток стабилитрона IZ будет увеличиваться до такого значения, что IZ + IL = 110 мА.

Обратите внимание, что если сопротивление нагрузки разомкнуто, то IL = 0 и ток стабилитрона становится 110 мА.

4 кв.Стабилитрон, показанный на рис. 4, имеет VZ = 18 В. Напряжение на нагрузке остается на уровне 18 В, пока IZ поддерживается в диапазоне от 200 мА до 2 А. Найдите значение последовательного сопротивления R так, чтобы E0 оставалось 18 В, в то время как входное напряжение Ei может варьироваться от 22 до 28 В.

Фиг.4

Решение:

Ток стабилитрона будет минимальным (например, 200 мА) при минимальном входном напряжении (например, 22 В). Ток нагрузки остается на постоянном значении IL = VZ / RL = 18 В / 18 Ом = 1 А = 1000 мА.

5 квартал. Стабилитрон 10 В используется для регулирования напряжения на резисторе переменной нагрузки [см. Рис. 5]. Входное напряжение варьируется от 13 до 16 В, а ток нагрузки от 10 до 85 мА. Минимальный ток стабилитрона 15 мА. Рассчитайте значение последовательного сопротивления R.

Фиг.5

Решение:

Стабилитрон будет проводить минимальный ток (например, 15 мА) при минимальном входном напряжении (например, 13 В).

Q6. В схеме на рис. 6 используются два стабилитрона, каждый на 15 В, 200 мА. Если цепь подключена к нерегулируемому источнику питания 45 В, определите: (i) регулируемое выходное напряжение (ii) значение последовательного сопротивления R.

Фиг.6

Решение:

Когда желаемое регулируемое выходное напряжение выше номинального напряжения стабилитрона, два или более стабилитрона подключаются последовательно, как показано на рис.6. Однако в таких схемах необходимо выбирать стабилитроны с одинаковым номинальным током.

Q7. Какое значение последовательного сопротивления требуется, когда три стабилитрона 10 Вт, 10 В, 1000 мА подключены последовательно для получения регулируемого выхода 30 В от источника постоянного тока 45 В. источник питания?

Решение:

На рис. 7 показана желаемая схема. Худший случай — без нагрузки, потому что тогда стабилитроны несут максимальный ток.

Фиг.7

8 кв. В каком диапазоне входного напряжения схема стабилитрона, показанная на рис. 8, будет поддерживать 30 В на нагрузке 2000 Ом, при условии, что последовательное сопротивление R = 200 Ом и номинальный ток стабилитрона
равен 25 мА?

Фиг.8

Решение:

Минимальное необходимое входное напряжение будет при IZ = 0. При этом условии

9 кв. В схеме, показанной на рис.9, напряжение на нагрузке должно поддерживаться на уровне 12 В при изменении тока нагрузки от 0 до 200 мА. Разработайте регулятор. Также найдите максимальную номинальную мощность стабилитрона.

Фиг.9

Решение:

Под проектированием регулятора здесь подразумевается найти значения VZ и R. Поскольку напряжение нагрузки должно поддерживаться на уровне 12 В, мы будем использовать стабилитрон с напряжением стабилитрона 12 В, т.е.

Напряжение на R должно оставаться постоянным на уровне 16–12 = 4 В при изменении тока нагрузки от 0 до 200 мА.Минимальный ток стабилитрона будет иметь место при максимальном токе нагрузки.

Максимальная мощность стабилитрона

Q10. На рис. 10 показаны основные схемы стабилитрона. Каково будет поведение схемы, если стабилитрон (i) работает правильно (ii) закорочен (iii) разомкнут?

Фиг.10

Решение:

Стабилитрон

нельзя тестировать мультиметром по отдельности.Это связано с тем, что мультиметры обычно не имеют достаточного входного напряжения, чтобы перевести стабилитрон в область пробоя.

(i) Если стабилитрон работает правильно, напряжение V0 на нагрузке (= 5 кОм) будет около 6 В [см. Рис. 10 (i)].

(ii) Если стабилитрон короткий [см. Рис. 10 (ii)], вы измеряете V0 как 0В. Та же проблема может быть вызвана коротким замыканием нагрузочного резистора (= 5 кОм) или резистором с открытым истоком (= 1 кОм). Единственный способ узнать, какое устройство вышло из строя, — снять резисторы и проверить их омметром.Если резисторы хорошие, значит стабилитрон плохой.

(iii) Если стабилитрон разомкнут, напряжение V0 на нагрузке (= 5 кОм) будет 10 В.

Q11. На рис. 11 показан стабилизированный источник питания с использованием стабилитрона. Каково будет поведение схемы, если (i) закоротит конденсатор фильтра, (ii) конденсатор фильтра разомкнется?

Фиг.11

Решение:

Распространенными неисправностями стабилитрона являются короткое замыкание конденсатора фильтра или обрыв конденсатора фильтра.

(i) При коротком замыкании конденсатора фильтра:

При коротком замыкании конденсатора фильтра перегорает первичный предохранитель. Причина этого показана на рис. 11. Когда конденсатор фильтра закорачивается, он замыкает сопротивление нагрузки RL. Это имеет тот же эффект, что и соединение двух сторон моста вместе (см. Рис. 11).

Если вы проследите путь от верхней стороны моста к нижней стороне, вы увидите, что единственное сопротивление на вторичной обмотке трансформатора — это прямое сопротивление двух диодов ON .Это эффективно закорачивает вторичную обмотку трансформатора. В результате чрезмерный ток течет во вторичной обмотке и, следовательно, в первичной обмотке. Следовательно, перегорит первичный предохранитель.

(ii) Когда конденсатор фильтра открывается:

Когда конденсатор фильтра размыкается, пульсации на выходе источника питания резко возрастают. В то же время постоянный ток. выходное напряжение покажет значительное падение. Поскольку открытый конденсатор фильтра является единственной неисправностью, которая вызывает оба этих симптома, дальнейшие испытания не требуются.При появлении обоих симптомов замените конденсатор фильтра.

Полностью печатный диод, работающий на частоте 1,6 ГГц

Значение

Ожидается, что печатные электронные этикетки и наклейки определят будущие аванпосты коммуникационной сети в качестве удаленных датчиков, детекторов и технологии наблюдения в рамках концепции Интернета вещей. Крайне важно сочетать такую технологию со стандартными системами связи, которые обычно работают на частотах гигагерц. Для этого необходимы компоненты для выпрямления на сверхвысокой частоте, изготовленные методом низкотемпературной печати.Здесь мы сообщаем о полностью печатном диоде, работающем на частотах выше 1 ГГц, достигнутом с использованием комбинации микрочастиц Si и NbSi ₂. Диод был интегрирован с гибкой антенной и печатным электрохромным индикатором дисплея, чтобы успешно продемонстрировать удаленную передачу сигнала и мощности от стандартного телефона глобальной системы мобильной связи к полученной электронной метке.

Abstract

Печатная электроника рассматривается для беспроводных электронных меток и датчиков в рамках будущей концепции Интернета вещей (IoT).Вследствие низкой подвижности носителей заряда в органических и неорганических полупроводниках, пригодных для печати, рабочая частота печатных выпрямителей недостаточно высока для обеспечения прямой связи и подачи питания между мобильными телефонами и печатными электронными бирками. Здесь мы сообщаем о полностью печатном диоде, работающем на частоте до 1,6 ГГц. Устройство, основанное на двух уложенных друг на друга слоях частиц Si и NbSi ₂, изготовлено на гибкой подложке при низкой температуре и в окружающей атмосфере. Высокая подвижность носителей заряда в микрочастицах Si позволяет устройству работать в режиме с ограничением инжекции заряда.Асимметрия оксидных слоев в полученном пакете устройств приводит к выпрямлению туннельного тока. Печатные диоды были объединены с антеннами и электрохромными дисплеями, чтобы сформировать полностью печатную электронную бирку. Собранный сигнал от мобильного телефона Глобальной системы мобильной связи использовался для обновления дисплея. Наши результаты демонстрируют новый способ коммуникации для печатной электроники в приложениях IoT.

Печатная электроника — это использование традиционных методов печати для нанесения рисунка на материалы (полупроводники, проводники, изоляторы) и изготовления электронных компонентов на широком спектре гибких и органических подложек, таких как бумага, пластиковая пленка и этикетки (1).Видение печатной электроники — предоставить электронную этикетку (e-label) для Интернета вещей (IoT). Для многих целевых приложений IoT было бы очень важно, если бы смартфон, работающий в сверхвысокочастотном (UHF) диапазоне (от 300 МГц до 3 ГГц), мог напрямую связываться с полностью напечатанными электронными этикетками или даже включать их. , и, таким образом, служить в качестве коммуникационной базы с электронными этикетками как форпостами Интернета. Для достижения этой цели желательно найти недорогие и низкотемпературные производственные процессы для электроники УВЧ, совместимые с органическими носителями, чувствительными к высокой температуре.

Одним из ключевых электронных устройств является диод, который широко используется в различных схемах, таких как выпрямители, умножители напряжения и насосы заряда, для таких приложений, как AM-радио и другие типы приемников (2), а также для энергетики. схемы сбора для извлечения энергии из радиочастотных (RF) электромагнитных волн (3, 4). Печатные схемы и устройства, такие как диоды, способные работать в диапазоне УВЧ, будут краеугольным камнем при взаимодействии мобильной телефонии и печатных функциональных объектов, т.е.е., «вещь» в IoT.

До сих пор для печати различных диодов и транзисторов использовались органические (5⇓⇓⇓⇓ – 10) или неорганические (11⇓⇓⇓⇓⇓⇓⇓⇓⇓⇓⇓⇓ – 24) полупроводники. Органические полупроводники являются многообещающими кандидатами для печатной электроники из-за технологичности их решения, которое позволяет печатать производство устройств и схем в производственной схеме «все в линию». Подвижность носителей заряда тонких пленок органических полупроводников напрямую связана с результирующей рабочей частотой диода (25).Высокая подвижность носителей заряда до (10) 9,0 см ² V ⁻¹ ⋅s ⁻¹ была получена для высококристаллических органических полупроводниковых пленок, созданных методом вакуумного осаждения. После демонстрации выпрямителя на основе пентацена, работающего в высокочастотном диапазоне (∼50 МГц) (25), только несколько исследований сообщили о потенциале органических диодов для УВЧ-приложений. Однако для всего этого требуются методы вакуумного напыления: органический PIN-диод с частотой среза 100 МГц (6), диод из оксида металла C ₆₀ с частотой среза 800 МГц (5) и пентаценовый диод с частотой среза до 870 МГц. МГц (9).Значения подвижности носителей заряда выше 1 см ² V ⁻¹ s ⁻¹ сложно достичь с помощью методов обработки решений. Использование методов печати для изготовления органических диодов приводит к множеству технических проблем, включая потерю молекулярного порядка, что является предпосылкой высокой мобильности. Современные печатные органические диоды работают на частотах ниже 10 МГц (7).

В случае неорганических материалов частота отсечки зависит от подвижности и концентрации (11) носителей заряда.Таким образом, другой стратегией печатной электроники УВЧ будет рассмотрение традиционных неорганических полупроводников, обладающих высокой подвижностью и концентрацией носителей, и изменение метода обработки, чтобы сделать его совместимым с низкотемпературной обработкой и традиционными методами печати (13). Одним из способов достижения этого является использование полупроводниковых чернил с наночастицами, способ, который успешно использовался для демонстрации полностью напечатанных ректенн, однако в настоящее время ограничен рабочей частотой 13,56 МГц (16).Благодаря достижениям в химии и нанотехнологиях, неорганические полупроводники, обработанные в растворе, теперь доступны (23, 24). Используя такие материалы, можно получать пленки, обработанные в растворе, с помощью процессов нанесения покрытия или печати. Однако для улучшения проводимости им обычно требуется радикальная или даже экстремальная термическая обработка (высокотемпературное спекание или лазерный отжиг), которые несовместимы с гибкими подложками, такими как полиэтилентерефталат (ПЭТ) и бумага (12, 14, 15). , 17⇓ – 19, 26). Одно из решений, предлагаемых для решения этой проблемы, состоит в том, чтобы сначала изготовить устройство на устойчивой к высоким температурам подложке, а затем перенести его на гибкую подложку.С использованием этого метода были разработаны PIN-диоды с частотой отсечки 1,9 ГГц (22) и транзисторы с частотой отсечки 2,04 ГГц (21) на гибких подложках. Однако этот метод включает несколько этапов, некоторые из которых, безусловно, слишком сложны и требуют много времени, чтобы быть осуществимыми и экономически совместимыми с процессами промышленного массового производства. Однако другой недавней стратегией, связанной с неорганическими полупроводниками, является низкотемпературный водный способ изготовления тонкопленочных транзисторов на пластике, обеспечивающий среднюю подвижность 2.6 см ² V ⁻¹ s ⁻¹ (20). Одной из основных остающихся здесь проблем является контроль уровня легирования посредством низкотемпературного химического роста.

Насколько нам известно, полностью печатные устройства УВЧ, такие как транзисторы и диоды, созданные на гибких подложках, до сих пор не демонстрировались. С такой технологией стала бы возможной прямая связь и питание между сотовым телефоном и напечатанными электронными этикетками.

Здесь мы используем микрочастицы кремния (Si) (µPs) в органическом связующем в качестве полупроводникового композита для трафаретной печати, который помещается между электродами, образуя диод.Это позволяет нам напрямую получать прибыль от сочетания высокой подвижности носителей заряда в объеме кристалла Si (до 1400 см ² V ⁻¹ s ⁻¹ для нелегированного Si) и способности использовать обычные процессы печати. Как следствие, печатный Si-диод на гибкой подложке работает на частоте до 1,6 ГГц, то есть в диапазоне УВЧ. Фактически, энергия, полученная от антенны мобильного телефона, работающего в диапазоне глобальной системы мобильной связи (GSM), при совершении звонка может быть исправлена с помощью нашего печатного Si-диода для питания печатного электрохромного полимерного дисплея.Это демонстрирует первую (насколько нам известно) прямую связь между полностью напечатанной электронной этикеткой и сотовым телефоном.

Результаты и обсуждение

Для успешного использования печатного диода на основе Si μP в будущих приложениях Интернета вещей необходим простой и высокопроизводительный производственный процесс. Это заставляет нас рассматривать хорошо отработанные производственные технологии, в которых используются этапы производства, выполняемые при низких температурах, в атмосфере традиционной типографии и совместимые с обычными гибкими пластиковыми и бумажными носителями.Более того, для связи на очень высоких частотах для передачи мощности и сигнала кремниевый диод должен обладать очень быстрой реакцией на импульс напряжения, в то время как большой коэффициент выпрямления тока не так важен, как это было бы в таких приложениях, как активные матрицы. Следовательно, туннельные диоды и диоды Шоттки более подходят, чем p-n-диоды, из-за их преимуществ при высокоскоростной работе (27, 28).

Мы использовали шаровую мельницу, чтобы раздробить кремниевую пластину на частицы кремния на воздухе. Из-за воздействия воздуха частицы образуют естественный слой оксидной оболочки.Пока толщина этого изолирующего слоя оболочки в диоде металл – диэлектрик – полупроводник (МДП) составляет менее 50 ÅA, устройство должно вести себя как диод Шоттки (28). Пленки, изготовленные из микрочастиц Si в органической связке, были исследованы с помощью рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии. Уровень ядра Si 2p был исследован для получения оценки толщины внешней оболочки SiO ₂, покрывающей микропроцессоры Si, с использованием относительных интенсивностей элементов Si 2p (чистый кремний, пик с низкой энергией связи) и оксида кремния (высокая пик энергии связи), (рис.1 А ). Часть спектра Si 2p, относящаяся к чистому кремнию, показала асимметрию (небольшое плечо) на стороне с низкой энергией связи и не имела ожидаемого отчетливого спин-орбитального расщепления, которое мы приписываем эффектам зарядки, поскольку не все частицы Si в пленке принадлежат перколированной сети и, следовательно, не будут поддерживать нейтрализацию заряда во время фотоэмиссионного эксперимента. Таким образом, элемент Si 2p, принадлежащий чистому кремнию, был подогнан (с использованием фона Ширли) двумя пиками, а элемент оксида кремния — только одним.Последнее является стандартным подходом даже для пленок кристаллического кремния (29). Предполагая случайный порядок микрочастиц Si в пленке, мы можем исключить эффекты дифракции фотоэлектронов, и тогда толщина оксида d _oxy будет равна 1,27 нм, следуя процедуре, описанной в ссылке. 29 и с использованием эффективной длины затухания фотоэлектрона λ _oxy = 2,96 нм для природного оксида кремния.

Рис. 1.

Характеристика микрочастиц Si. ( A ) XPS-измерения с верхней поверхности слоя Si / SU8.Пик с низкой энергией связи представляет собой чистый Si, тогда как элемент с высокой энергией представляет собой SiO ₂. Сравнивая относительные интенсивности этих двух пиков и принимая во внимание длину затухания фотоэлектронов, мы оцениваем толщину оксида d _oxy до 1,27 нм. ( B ) Распределение микрочастиц Si по размерам, измеренное с использованием подхода анализа изображений с использованием SEM-изображений частиц.

При рассмотрении размера частиц Si важно помнить, что подвижность электронов значительно уменьшается с увеличением размера кристаллических доменов Si (1), поскольку волновая функция электронов рассеивается на границах раздела.Следовательно, микропроцессоры Si интегрированы в полимерное связующее (SU8), чтобы получить слой толщиной менее 5 мкм и гарантировать, что путь носителя электронного заряда между двумя электродами, охватывающий слой Si, будет проходить только через один или только несколько индивидуальных Si мкП. Измеренное распределение частиц Si по размерам представлено на рис. 1 B . Чтобы локализовать ограничение тока диода на границах раздела частица Si / электрод, мы выбрали n-легированный кристаллический Si с уровнем легирования ∼10 ¹⁸ см ⁻³ из-за его высоких характеристик подвижности и проводимости.Микрочастицы Si вводятся вдоль поверхности слоя прекурсора SU8.

В наиболее упрощенной версии диодное устройство будет состоять из микропроцессоров n-Si, зажатых между двумя электродами (рис. 2 A , I ). По сравнению с обычным МДП-туннелем или диодом Шоттки, предложенная геометрия эквивалентна двум МДП-диодам, подключенным спереди к фронту. Если два МДП-диода идентичны, очень слабый ток должен проходить через структуру либо в прямом, либо в обратном смещении. Так обстоит дело с устройством, состоящим из частиц Si с их естественным оксидом (толщина ∼12.7 Å), в SU8, зажатой между двумя алюминиевыми электродами (рис. 2 A , I ). Измеренные ВАХ (рис. 2 B ) для этого устройства показывают низкий уровень тока около 10 ⁻⁷ A и практически полное отсутствие выпрямления тока. Чтобы ввести выпрямление тока (асимметричную структуру устройства) на кривой I – V и увеличить плотность тока, мы заменяем верхний электрод Al / Al ₂ O ₃ проводником, не содержащим оксидов.В качестве первого кандидата мы включаем проводящий уголь, который легко печатается в виде пасты для трафаретной печати (рис. 2 A , II ). Верхний контактный диод МДП включает только тонкий слой оксида кремния (толщина ∼12,7 Å), тогда как нижний контактный диод объединяет слои кремния и оксида алюминия [толщина, 10–30 Å (30, 31)], соединенные между собой. серии. Однако, поскольку углеродная паста может проникать через трещины в слое Si-in-SU8, создавая короткие замыкания, выход этого производственного процесса довольно низок (31%).Все устройства с высокими токами утечки, в которых заряды проходят вдоль проникающего углеродного контакта непосредственно к алюминиевому нижнему контакту, имеют высокую плотность тока (> 10 ⁻⁴ A) и зависимость омического тока от напряжения без выпрямления (пунктирная кривая). , Рис.2 B ). Чтобы предотвратить возможность проникновения углеродного контакта в слой Si μP-in-SU8, мы добавили второй аналогичный слой поверх первого слоя после сшивки. С этим более толстым слоем Si μP-in-SU8 эффекты короткого замыкания были значительно уменьшены, на что указывает более низкий уровень тока (III на рис.2 B ), но, к сожалению, плотность тока и коэффициент выпрямления слишком малы для практического применения. Из этих экспериментов мы пришли к выводу, что требуемый дополнительный слой должен быть проводником, не содержащим оксидов, который можно печатать поверх первого слоя Si-in-SU8. Поэтому мы обращаем внимание на силицид металлов, семейство материалов с высокой проводимостью, которые, как известно, устойчивы к окислению (32, 33). Мы измельчали порошок NbSi ₂ на микрочастицы, добиваясь того же среднего размера микрочастиц микрочастиц, что и микрочастиц Si (рис.S1), а затем напечатал слой NbSi ₂ -in-SU8 (менее 5 мкм) поверх слоя Si-in-SU8. Затем устройство было завершено путем печати верхнего электрода из углеродной пасты (рис. 2 A , IV ). Только 6% этих устройств закорочены, 50% из них имеют коэффициент выпрямления ниже 10. Следовательно, 44% диодов из углерода: NbSi ₂ -в-SU8: Si-в-SU8: Al имеют выпрямление. > 10, и из них все устройства показывают частоту среза выше 0,4 ГГц. Для статистического сравнения между различными структурами, показанными на рис.2 A , II — IV , для каждого из них изготовлены партии по 16 устройств. Из этой статистики ясно, что структура IV имеет наилучшую доходность и производительность (см. Сводку в Таблице S1). Выпрямление измеряется при 1 В; амплитуда, необходимая для демонстрации концепции электронной этикетки в этой статье.

Рис. 2.

Изучение различных архитектур устройств. ( A ) Различные конструкции устройства протестированы перед проектированием окончательной структуры устройства.( B ) I – V кривые различных структур устройства.

Поперечное сечение окончательной конструкции устройства схематично показано на фиг. 3 A . Процесс изготовления начинается с трафаретной печати сухих частиц Si поверх нанесенного струйной печатью слоя SU8, нанесенного на алюминиевую подложку. Затем частицы прижимаются ламинатором для контакта с алюминиевой подложкой через связующее. Сухие частицы NbSi ₂ наносятся методом трафаретной печати с использованием аналогичного процесса.Связующее вещество SU8 сшивается в конце каждого этапа. Для окончательной доработки диода угольные и серебряные чернила затем наносятся методом трафаретной печати и отверждаются. Причина добавления углеродного контакта состоит в том, чтобы сформировать контакт для частиц NbSi ₂, в то время как дополнительный слой Ag напечатан для дальнейшего увеличения проводимости верхнего контакта. Поперечное сечение полученного устройства на сканирующем электронном микроскопе вместе с видом сверху представлено на рис. 3 B – D .

Рис. 3.

Структура устройства. ( A ) Схема устройства в разрезе.( B ) СЭМ-изображение поперечного сечения устройства, на котором отчетливо видны все слои, кроме алюминиевой подложки. На вставке показано поперечное сечение другого устройства, на котором виден слой алюминия. ( C и D ) Вид устройства сверху.

Средняя кривая I – V , основанная на 16 репрезентативных образцах, показана на рис. 4 A . Пороговый ток 3 мкА определяется как предел между включенным и выключенным состояниями диода, поскольку это минимальный ток, необходимый для переключения электрохромного дисплея за достаточно короткое время (десятки секунд).Согласно этому определению, среднее напряжение включения составляет около 1 В. Случайное распределение размеров частиц и расстояний и, следовательно, толщина изолятора на пути заряда приведет к некоторому изменению характеристик устройства, давая диапазон включения. напряжения для различных устройств и очень низкая амплитуда тока для определенного процента изготовленных устройств (которые выбрасываются). Площадь поверхности образцов составляет от 2 × 10 ⁴ до 8 × 10 ⁴ мкм ².Мы сообщаем результирующую амплитуду тока, а не плотность тока, потому что ток в устройстве не распределяется равномерно по всей площади поверхности контактов и слоев μP-in-SU8, а скорее следует динамике токовой нити. Следовательно, текущий уровень не масштабируется линейно с площадью поверхности, по крайней мере, не для небольшого изменения площадей активных устройств, которые мы используем в наших экспериментах (см. Рис. S2). При увеличении площади диодов увеличивается риск короткого замыкания из-за трещин или точечных отверстий в связующем, а также уменьшается рабочая полоса пропускания устройства, поскольку величина паразитной емкости напрямую связана с площадью поверхности.

Рис. 4.

Характеристики постоянного тока и АЧХ. ( A ) Средняя кривая I – V , основанная на 16 типичных устройствах. Столбики ошибок показывают SD и, таким образом, представляют диапазон напряжения, необходимый для получения определенного уровня тока. Используя порог 3 мкА, который мы определили как предел включения / выключения для устройства, для включения диода требуется среднее входное напряжение 1 В. На вставке показаны два разных механизма тока для разной толщины изолятора.( B ) Частотная характеристика устройства с входной мощностью 3 Вт.

Средняя частотная характеристика типичного образца, измеренная при подаче входного сигнала мощностью 3 Вт, показана на рис. 4 B . Расчетная частота среза (точка половинной мощности) устройства составляет около 1,6 ГГц.

После отбраковки устройств с низкими токовыми характеристиками или плохим коэффициентом выпрямления тока 77% оставшихся образцов показывают частоту среза выше 1 ГГц, а 33% имеют частоту среза около 1.6 ГГц. Измерения характеристик постоянного тока были повторены через 2 года на партии из 30 устройств. При 2 В, когда все устройства заведомо находятся в состоянии «включено», 60% образцов сохраняют более половины своего начального тока, а 64% из них сохраняют более половины своего первоначального коэффициента выпрямления. Для дальнейшего исследования надежности устройств одно из устройств было оставлено работать с входной частотой 1 ГГц в течение 1 часа, что составляет 3,6 × 10 ¹² циклов. Уменьшения выходного сигнала не обнаружено. Учитывая, что эти устройства не были закрыты или инкапсулированы, приведенные выше данные свидетельствуют о высокой надежности.

Как показано выше, рабочая частота нашего печатного диода достигает 1,6 ГГц. Выходной сигнал мобильного телефона, работающего в диапазоне GSM, захваченный антенной приемника, таким образом, в принципе может быть выпрямлен нашим диодом для создания постоянного напряжения, которое можно использовать для питания печатной электроники, такой как электрохромный индикатор дисплея. Чтобы оценить наш печатный диод в таком приложении, была изготовлена простая интегральная схема. Полностью печатная схема была изготовлена на подложке из полиэтилентерефталата и включает в себя антенну из алюминиевой фольги, наш диод и электрохромный полимерный (ЕС) дисплей (34) на основе поли (3,4-этилендиокситиофена) полистиролсульфоната (рис.5). Антенна предназначена для захвата электромагнитного сигнала мобильного телефона, работающего в диапазоне GSM. Сигнал, передаваемый с мобильного телефона во время звонка, передается на антенну этикетки, а затем выпрямляется диодом и используется для питания переключения ЖК-дисплея. Максимальная мощность, производимая мобильным телефоном, достигает 2 Вт, но только часть излучаемой энергии может быть направлена на диод из-за потерь на пути при беспроводной передаче сигнала. Несмотря на это, диод выпрямляет сигнал и вырабатывает напряжение постоянного тока, достаточное для переключения дисплея EC.Измерения постоянного тока показывают средний ток 19 мкА при прямом смещении 2 В и коэффициент выпрямления около 100 при 1 В. Частота среза наших диодов составляет около 1,6 ГГц, а частота передачи телефона GSM находится на уровне 1,8. ГГц. Несмотря на это, все еще достаточно энергии, передаваемой на антенну и выпрямляемой печатным диодом, чтобы обеспечить быстрое переключение печатного элемента EC-дисплея. В оптимальных условиях для переключения цвета индикатора ЭК-дисплея с прозрачного на прозрачный (рис.5 A ) до темно-синего (Рис.5 C ). Полное переключение печатного электрохромного дисплея можно увидеть в Movie S1.

Рис. 5.

Демонстрация приложения e-label (Movie S1). ( A ) Схема антенна – диод – индикатор. ( B ) Во время звонка держите мобильный телефон близко к антенне. Дисплей начинает включаться. ( C ) Дисплей включается через 10 с.

Полулогарифмические I – V характеристики прибора, записанные в диапазоне температур от 150 до 325 К, показаны на рис.6 А . Операция УВЧ указывает на то, что механизм выпрямления, а точнее повышение тока выше 0,5 В при прямом смещении (рис. 6 A ), происходит из-за очень быстрого процесса инжекции или смещения заряда, возможно, туннельного (35). Обратите внимание, что ток ниже 0,7 В при прямом смещении и при всех напряжениях при обратном смещении сильно зависит от температуры. Напротив, при прямом смещении выше 0,7 В уровень тока выше и почти полностью не зависит от температуры (рис.6 А ). Это особенность, характерная для туннельного тока Фаулера – Нордхейма (ФН) (28).

Рис. 6.

Оценка модели. ( A ) Температурная зависимость вольт-амперных характеристик на полулогарифмическом графике. На вставке показана упрощенная зонная диаграмма контакта Al – Si. Как упоминалось в тексте, на границе раздела между изоляторами также, скорее всего, будут состояния ловушки, но они не показаны на рисунке из-за отсутствия количественной информации.( B ) Два токовых вклада (термоэлектронный и туннельный токи), а также сумма этих токовых вкладов, моделирующих экспериментальные данные при T = 300 K. ( C ) Два токовых вклада в полулогарифмическом масштабе и сумма этих вкладов тока, моделирующих экспериментальные данные при T = 300 К.

Поскольку толщина оксида между частицами Si и частицами NbSi ₂ меньше, чем между частицами Si и алюминиевым электродом, мы полагаем, что ток в первую очередь ограничивается энергетикой контакта Al – Si.Этот тип пакета MIS был изучен теоретически и экспериментально с точным контролем над процессом роста и толщиной слоя в прошлом (36⇓⇓⇓⇓⇓⇓ – 43). Однако численные значения, рассчитанные для различных параметров в предыдущих исследованиях, нельзя напрямую использовать для моделирования и сравнения здесь, потому что наше устройство имеет совершенно другую структуру, которая включает частицы случайной формы, оксидные слои с неоднородными свойствами и органическое связующее. Хотя вся теория моделирования полупроводниковых устройств основана на плоских контактах, мы полагаем, что с некоторыми упрощениями поведение устройства можно аппроксимировать с помощью классических моделей полупроводников.Из-за наличия поверхностных состояний на границе раздела Si – SiO ₂ уровень Ферми Si закреплен, и высота барьера не может быть рассчитана по разнице между работой выхода металла и сродством к электрону Si [как это будет в случае плотного контакта металла с полупроводником (28)]. Схематическая иллюстрация зонной диаграммы контакта Al – Si приведена на вставке на рис. 6 A , включая значения для Si / SiO ₂ и Al / Al ₂ O ₃ высоты барьера (3.1 и 2,8 эВ соответственно) (44, 45). Применение положительного смещения к Al снижает E _F металла по сравнению с Si и, таким образом, изгибает полупроводниковые полосы вниз, вызывая уменьшение высоты барьера для зарядов. Если толщина изоляционного слоя меньше 50 ÅA, может произойти прямое туннелирование. В этом случае ток будет соответствовать модели термоэлектронной эмиссии, умноженной на коэффициент вероятности туннелирования. Мы предполагаем, что прямое туннелирование происходит при низких напряжениях в области контакта между частицами Si и мягкой пленкой Al в основном через тонкие оксидные пути, потому что ни один из других механизмов туннелирования не может создавать такие высокие уровни тока, как мы получаем в устройстве с этим диапазоном напряжения.При более высоких напряжениях ток также может проходить через изолирующие области с немного большим расстоянием Si – Al, как показано на вставке на рис. 4 A , через другие механизмы туннелирования, в основном FN и Frenkel-Poole (FP) ( 46, 47). Более того, помимо поверхностных состояний на границе раздела между полупроводником и диэлектриком, в слоях изолятора и на границе раздела между изоляторами существуют другие состояния ловушек, которые могут влиять на ток. Однако, исходя из того факта, что ток не зависит от температуры при высоких напряжениях, мы полагаем, что туннелирование FN является доминирующим механизмом.Поэтому здесь представлена упрощенная модель, основанная на прямом туннелировании при низких напряжениях плюс туннелирование FN, которое складывается при высоких напряжениях. Хотя другие механизмы, такие как FP-туннелирование, безусловно, могут быть ответственны за часть тока, особенно в промежуточном диапазоне напряжений, мы воздерживаемся от попытки модели, включающей все возможные механизмы тока, потому что количество переменных было бы слишком большим.

Эволюция тока в зависимости от напряжения для туннелирования FN может быть выражена следующим образом (28, 48): I = C1V2exp (−C2V), [1] где C1 и C2 — функции эффективной массы электрона и туннельного барьера.Модель Шоттки, основанная на теории термоэлектронной эмиссии (28, 49), очень хорошо воспроизводит экспериментальные данные для низковольтной области, где ток FN пренебрежимо мал (пунктирная линия на рис. 6 B и C ), но он отклоняется от данных при увеличении напряжения. Комбинация термоэлектронной эмиссии и тока FN (пунктирная линия на рис. 6 B и C ) воспроизводит измеренное нами изменение I – V при высоких напряжениях.

В модели двух туннельного транспортного механизма отношение полного тока к напряжению устройства может быть выражено как линейная комбинация туннельного термоэмиссионного тока (49, 50) (первый член) и туннельного тока FN (второй член). : I = α1TtI0exp (q (V − IRs) nkT) [1 − exp (−q (V − IRs) kT)] + α2C1V2exp (−C2V), [2] где α1 и α2 — константы, представляющие относительный вклад каждого механизм туннелирования до полного тока и I ₀ — обратный ток насыщения, который определяется следующим образом: I0 = AA ∗ T2exp (−qΦbkT), [3] где Φ _b — высота барьера , A — площадь поверхности, а A * — эффективная постоянная Ричардсона.Эта модель полностью воспроизводит температурную эволюцию ВАХ в прямом смещении (графики см. На рис. S3).

Туннельный ток прямого смещения неидеального диода с помощью термоэмиссии характеризуется последовательным сопротивлением R _с и коэффициентом идеальности n ( k — постоянная Больцмана, q — электронная плата). В нашем случае этот ток нужно умножить на коэффициент вероятности туннелирования T _t.Для извлечения параметров диода мы начали с определения параметров тока термоэмиссии в области низких напряжений, где туннельный ток ФН незначителен. Процедура извлечения этих параметров подробно описана в SI Text . Значения n , R _s и Φ _b при комнатной температуре оказались равными 2,9, 0,3 МОм и 0,21 эВ, соответственно. Коэффициент термоэмиссионной части тока T _t AA * рассчитывается равным 3.88 × 10 ⁻¹² АК ⁻². Высота барьера и коэффициент идеальности зависят от температуры. При повышении температуры от 150 до 325 К коэффициент идеальности уменьшается с 4,4 до 2,8, а высота барьера увеличивается с 0,15 до 0,22 эВ. Обычно в контакте Al / n-Si ожидается низкая высота барьера и высокие значения коэффициента идеальности из-за наличия оксидного слоя (51).

Таким образом, мы продемонстрировали печатный диод с вертикальной структурой, работающий в диапазоне УВЧ.Измерения постоянного тока показывают средний ток 19 мкА при прямом смещении 2 В и коэффициент выпрямления около 100 при 1 В. Срок службы устройства составляет более 2 лет. Согласно измеренной частотной характеристике диодов, их частота среза составляет около 1,6 ГГц, но у них все еще есть выход, достаточно высокий для переключения печатного органического дисплея на частоте GSM 1,8 ГГц. Эти диоды могут использоваться в простой схеме для выпрямления сигнала переменного тока и преобразования его в постоянный ток, а поскольку они могут работать на частотах GSM, можно просто использовать сигнал мобильного телефона в качестве источника входного сигнала переменного тока.Диод вместе с антенной можно использовать для переключения печатного органического дисплея с помощью сигнала обычного мобильного телефона.

Материалы и методы

Порошок кремния получают с использованием кремниевой пластины, легированной Sb, с удельным сопротивлением 0,01–0,02 Ом · см. Сначала 4-дюймовую пластину разбивают на мелкие кусочки с помощью молотка. Затем детали измельчаются в шаровой мельнице при 300 об / мин в течение 16 часов в планетарной шаровой мельнице RETSCH PM 100. Наиболее крупные частицы отделяются от порошка, диспергированного в ацетоне, путем осаждения под действием силы тяжести в цилиндрической трубке.После этого этапа добавляют еще ацетона и дисперсию центрифугируют с MSE Mistral при 130 × г в течение 10 мин. Суспензия, содержащая мельчайшие частицы, отбрасывается, а донный осадок собирается. Средний размер частиц в полученном порошке составляет около 0,7 мкм, но также включает частицы размером до 5 мкм и множество мелких частиц менее 0,5 мкм; более мелкие частицы, вероятно, не влияют на ток в устройстве, но и не вызывают серьезного ухудшения характеристик.

Для фракционирования порошка силицида ниобия первые 20 г порошка силицида ниобия (99,85% металла) смешивают с 8 г циклогексанона и измельчают в шаровой мельнице в течение 16 часов в планетарной шаровой мельнице RETSCH PM 100. После этого используются гравитационное осаждение и центрифугирование для отделения мельчайших частиц от остальной части порошка, имеющего целевой средний размер, аналогичный микропроцессорам кремния.

Устройство напечатано поверх алюминиевого электрода на подложке из полиэтилентерефталата и соединено с другим алюминиевым электродом рядом с первым посредством проводящей углеродной пасты.Рисунок алюминиевой подложки изготовлен методом фотолитографии из алюминия толщиной 50 нм, напыленного на фольгу из ПЭТ. Фоторезист SU8 2010 разбавляют изопропанолом до 15% (вес / вес) и наносят трафаретную печать на алюминиевый электрод в качестве связующего, удерживающего частицы кремния. Затем частицы кремния наносятся трафаретной печатью поверх слоя SU8. Частицы прессуются с помощью машины для ламинирования под давлением 3 бар, чтобы обеспечить плотный контакт с алюминиевым слоем. Затем образец подвергается воздействию УФ-света в течение 1 мин и нагревается при 95 ° C в течение 2 мин для отверждения SU8.Слой частиц NbSi ₂ со средним диаметром 0,7 мкм напечатан методом трафаретной печати на втором слое SU8 поверх первого слоя Si таким же образом. Чтобы завершить устройство, углеродная паста наносится трафаретной печатью поверх слоя NbSi ₂ -in-SU8, чтобы обеспечить перемычку к алюминиевой контактной площадке, используемой для зондирования. После отверждения образцов при 105 ° C в течение 5 минут слой пасты Ag наносится трафаретной печатью поверх угля для дальнейшего уменьшения импеданса моста. Конструкция конечного устройства представлена на рис.3 C и D . Площадь напечатанного слоя Si составляет от 2 × 10 ⁴ до 8 × 10 ⁴ мкм ².

Измерения характеристик диодов при постоянном токе выполняются с помощью анализатора полупроводниковых параметров Agilent 4155B. Для высокочастотных измерений одиночный гармонический сигнал генерируется с помощью генератора сигналов Agilent 8665B и подается на устройство с помощью зонда Cascade Microtech Air Coplanar Probe (ACP). Затем выходной сигнал устройства передается на фильтр нижних частот с помощью другого ACP.Уровень постоянного тока выходного сигнала измеряется с помощью осциллографа Tektronix TDS 3034 с нагрузкой 1 МОм, а частота входного сигнала изменяется в диапазоне от 10 МГц до 6 ГГц. Когда рабочая частота достигает диапазона HF и UHF, система должна быть проанализирована в соответствии с теорией линий передачи. Одной из наиболее важных проблем при таком измерении является отражение сигнала в нескольких точках цепи, где импедансы двух сторон перехода не совпадают. В нашем случае основной причиной отражения сигнала является само устройство, потому что это нелинейное устройство с неизвестным и явно зависящим от частоты импедансом, тогда как остальная часть схемы (кабели и зонды) имеет импеданс 50 Ом.Следовательно, выходной сигнал колеблется с увеличением частоты. Поскольку невозможно полностью устранить отражения сигнала в широком диапазоне частот, мы повторили измерение с несколькими комбинациями аттенюаторов на 1 дБ и нагрузок RC ( R = 50 Ом и C = 100 пФ) в переходы с самыми высокими отражениями, пытаясь уменьшить отраженные сигналы. Одна из измерительных установок, используемых для высокочастотных измерений, показана на рисунке S4. Несмотря на то, что колебания V, , _, vs.частота варьируется в зависимости от измерительной установки, все они показывают схожую тенденцию, которая интерпретируется как фактическая частотная характеристика диода с использованием метода усреднения.

Для определения температурной зависимости тока образцы зондировали на станции криогенных датчиков и измеряли вольт-амперную характеристику с помощью системы определения характеристик полупроводников Keithley 4200.

Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия (XPS) была проведена на образцах, приготовленных ex situ с использованием монохроматизированного Al Kα (hν = 1,486.6 эВ) рентгеновский источник и полусферический анализатор Scienta-200. Электронная пушка использовалась для нейтрализации образца во время измерений XPS из-за низкой проводимости образца. Положение эталонной энергии в спектрах XPS было пиком C 1s, где самая низкая энергия связи C 1s была установлена на 284,8 эВ (52).

Для характеристики распределения микрочастиц Si по размерам частицы диспергировали в гексаметилдисилоксане с образованием гидрофобной оболочки, предотвращающей их слипание друг с другом.Затем дисперсию отлили на подложке из алюминия и высушили. Был сделан ряд изображений SEM, и для каждого изображения был проведен анализ размера частиц с использованием онлайн-инструмента SIMAGIS live для анализа изображений. Данные о распределении размеров всех изображений были собраны для генерации окончательной статистики распределения по размерам. Благодарности в лаборатории и готовим макет схемы.Мы благодарим VINNOVA (2012-01607), Европейский фонд регионального развития через Tillväxtverket (проект PEA-PPP) и Фонд Кнута и Алисы Валленберг (проект Power Paper, KAW 2011.0050). М.Б. выражает признательность Фонду Önnesjö Foundation, X.C. признает Программу расширенного функционального материала в Университете Линчёпинга и X.L. выражает благодарность Шведскому исследовательскому совету Linnaeus Grant LiLi-NFM.

Сноски

Авторы: Н.С., М.Р., П.C., X.W., M.S., P.A.E., P.N., D.N., H.H., L.A., X.C., I.E., M.B. и G.G. спланированное исследование; N.S., M.R., X.W., M.S., P.A.E., M.N., D.N., X.L. и M.F. проведенное исследование; X.W. приготовили порошки Si и NbSi ₂; M.S., P.N., X.C. и I.E. курированная часть проекта; М.Б. и Г. курировал проект; Н.С., X.L., M.F., X.C. и I.E. проанализированные данные; и N.S., X.C. и I.E. написал газету.
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Эта статья представляет собой прямую публикацию PNAS.
См. Комментарий на стр. 11917.
Эта статья содержит вспомогательную информацию на сайте www.pnas.org/lookup/suppl/doi:10.1073/pnas.1401676111/-/DCSupplemental.

Кусочный или экспоненциальный диод — MATLAB

Описание

Диодный блок может представлять собой кусочно-линейный диод, экспоненциальный диод или диод с табличной кривой ВАХ.

Кусочно-линейный диод

Модель кусочно-линейного диода — это та же модель, что и блок>>>>, с добавлением фиксированной емкости перехода и дополнительного заряда динамика.Если прямое напряжение диода превышает значение, указанное в Forward параметр напряжения , диод ведет себя как линейный резистор с сопротивлением указанное в параметре На сопротивлении . В противном случае диод ведет себя как линейный резистор с малой проводимостью, указанной в Off wireance параметр. Нулевое напряжение на диоде приводит к протеканию нулевого тока.

Экспоненциальный диод

Экспоненциальный диод представляет собой следующее соотношение между током диода. I и напряжение диода В :

где:

q — элементарный заряд электрона (1.602176e – 19 кулоны).
k — постоянная Больцмана (1,3806503e – 23 Дж / K).
BV — это параметр Напряжение обратного пробоя ценить.
N — коэффициент выбросов.
IS — ток насыщения.
T _m1 — температура, при которой диод параметры указаны, как определено в Измерение температуры значение параметра.

Когда ( q V / N k T _m1 )> 80 блок заменяет eqVNkTm1 на ( q V / N k T _m1 — 79) e ⁸⁰, что соответствует градиенту тока диода при ( q V / N k T _m1 ) = 80 и экстраполирует линейно.Когда ( q V / N k T _m1 ) < –79, блок заменяет eqVNkTm1 на ( q V / N к T _m1 + 80) e ^–79, который также соответствует градиенту и экстраполируется линейно. Типичное электрическое схемы не достигают этих крайних значений. Блок предоставляет эту линейную экстраполяцию, чтобы помочь сходимость при решении ограничений во время моделирования.

При выборе Используйте параметры IS и N для Параметризация параметр, вы указываете диод в терминах Ток насыщения IS и Коэффициент излучения N параметры. При выборе Используйте две точки данных кривой ВАХ для Параметризация параметра, вы указываете два напряжения и тока точки измерения на кривой I-V диода и блок выводит IS и N значений.Затем блок вычисляет IS и N следующим образом:

где:

При выборе Использовать точку данных I-V и IS для Параметризация параметра, затем блок вычисляет N следующим образом:

При выборе Использовать точку данных I-V и N для Параметризация параметра, затем блок вычисляет IS следующим образом:

Табулированный диод

Чтобы смоделировать табулированный диод, установите для параметра Модель диода значение Таблица ВАХ .На этом рисунке показана реализация вариант табличного диода:

При выборе этой параметризации вы должны предоставить данные только для прямого смещения. Если диод смещен в обратном направлении, он моделируется как постоянная проводимость в закрытом состоянии, указанная в вместо этого параметр Отключенная проводимость . Стоимость Off проводимость должна быть меньше градиента прямой ВАХ для малых положительные напряжения.

Блок реализует диод с использованием опции плавной интерполяции.Если диод превышает предоставленный диапазон табличных данных, блок использует метод линейной экстраполяции на последнем точка данных напряжение-ток.

Примечание

Табулированный диод не моделирует обратный пробой.

Емкость перехода

Блок обеспечивает возможность включения емкости перехода:

При выборе Включить фиксированную или нулевую емкость перехода для параметра Parameterization емкость является фиксированной.
При выборе Используйте параметры CJO, VJ, M и FC для Параметризация параметр, блок использует коэффициенты CJO , VJ , M и FC для расчета емкости перехода, которая зависит от перехода Напряжение.
При выборе Использовать точки данных кривой C-V для Параметризация Параметр , блок использует три значения емкости на кривая емкости C-V для оценки CJO , VJ и M и использует эти значения с указанным значением FC для расчета емкости перехода, зависящей от напряжения перехода.Блок вычисляет CJO , VJ и M следующим образом:
- CJ0 = C1 ((VR2 − VR1) / (VR2 − VR1 (C2 / C1) −1 / M)) M
- VJ = — (- VR2 (C1 / C2) −1 / M + VR1 ) / (1- (C1 / C2) −1 / M)
- M = log (C3 / C2) / log (VR2 / VR3)
где:
- В _R1 , V _R2 и V _R3 — значения в реверсе напряжения смещения [VR1 VR2 VR3] вектор.
- К ₁ , C ₂ и C ₃ — значения в Соответствующие емкости [C1 C2 C3] вектор.
Напряжения обратного смещения (определенные как положительные значения) должны удовлетворять В _R3 > В _R2 > В _R1 . Это означает, что емкости должны удовлетворить C ₁ > С ₂ > C ₃ , поскольку обратное смещение расширяет область истощения и следовательно, снижает емкость.Нарушение этих неравенств приводит к ошибке. Напряжения V _R2 и V _R3 должно быть далеко от стыка потенциал VJ . Напряжение В _R1 должно быть меньше, чем потенциал перехода VJ , с типичным значением для В _R1 составляет 0,1 В.

Зависимая от напряжения емкость перехода определяется в единицах заряда конденсатора. хранилище Q _j as:

Для V < FC · VJ :
Для V ≥ FC · VJ :

где:

Эти уравнения аналогичны использованным в [2], за исключением того, что Температурная зависимость VJ и FC не моделируется.

Динамика заряда

Для таких приложений, как коммутационные диоды, может быть важно моделировать заряд диода. динамика. Когда на диод с прямым смещением подается обратное напряжение, требуется время для заряд рассеивается и, следовательно, диод выключается. Время, необходимое диоду для выключение фиксируется в первую очередь параметром времени прохождения. Когда диод выключен, любой оставшийся заряд затем рассеивается, скорость, с которой это происходит, определяется носителем. продолжительность жизни.

Блок Diode использует модель Лауритцена и Ма [3], чтобы уловить эти эффекты. Это определяющие уравнения.

dqMdt + qMτ − qE − qMTM = 0

(2)

где:
i — ток диода.
q _E — переходный заряд.
q _M — общий накопленный заряд.
T _M — время прохождения.
τ — время жизни носителя.
v _D — напряжение на диоде.
v _F — прямое напряжение диода.
R — диод на сопротивлении.
G — проводимость выключенного диода.
На этом рисунке показана типичная характеристика тока обратного режима для диодного устройства.
где:
i _RM — пиковый обратный ток.
i _F — пусковой прямой ток, когда измерительная i _RM .
a — скорость изменения тока при измерении i _RM .
t _rr — время обратного восстановления.
Паспорта диодов указывают значения пикового обратного тока для начального прямого тока и стабильная скорость изменения тока.В таблице данных также могут быть указаны значения для обратного время восстановления и общий заряд восстановления.
Как блок вычисляет T _M и Tau
Блок вычисляет время прохождения T _M и носитель срок службы τ на основе значений, которые вы вводите для Charge Параметры динамики . В блоке используется T _M и τ для решения уравнений 1, 2 и 3 динамики заряда.
Во время начального падения тока в обратном режиме диод все еще горит, и скорость изменения тока определяется внешней испытательной схемой.
Во-первых, блок использует уравнение 1 для выполнения этого вычисления.
Затем он заменяет уравнение 4 в уравнение 2.
Затем он решает уравнение 5 для q _M ,
qM = iFτ − aτ2 + kexp (tτ) + aτt, (6 )
где k — постоянная.
Когда t равно нулю, i = i _F и q _M = τi _F , потому что система находится в установившемся режиме.
Подставляя эти соотношения в уравнение 6 и решая уравнение, получаем k = aτ ² .
Следовательно,
qM = iFτ + aτ2 (1exp (tτ) −1) + aτt. (7)
В момент времени t = t _с , ток равен i _RM и заряд перехода q _E равно нулю.
Блок подставляет эти значения в уравнение 1.
Блок перестраивает уравнение 8, чтобы найти q _M и подставляет результат в уравнение 7.
−TMiRM = iFτ + aτ2 (1exp (tsτ) −1) + aτts (9)
Затем блок выражает время t _с через i _RM , i _F , и .
Считаем восстановление диода, то есть при t > т _с .Диод имеет обратное смещение, и ток и заряд перехода фактически равен нулю.
Этим уравнением определяется ток.
i = iRMexp [- (t − ts) τrr], (11)
где:
Теперь блок связывает выражение в уравнении 12 со временем обратного восстановления т _руб .
Когда t = iRMa + trr, ток равен iRM10.
Следовательно,
exp (−t − tsτrr) = 0.1 (13)
и
trr = τrrlog (10) + iRMa. (14)
Блок использует уравнения 9 и 14 для вычисления значений для T _M и τ . В расчете используется итерационная схема из-за экспоненциального члена в уравнении 9.
Альтернативы заданию t _rr Непосредственно
В дополнение к возможности указать время обратного восстановления t _rr напрямую, блок поддерживает три альтернативы параметризации.Блок может выводить т _рр из любой из этих параметров:
Коэффициент растяжения времени обратного восстановления λ
Заряд обратного восстановления Q _rr , когда данные лист указывает это значение вместо времени обратного восстановления.
Энергия обратного восстановления E _rec , когда данные лист указывает это значение вместо времени обратного восстановления.
Взаимосвязь между коэффициентом растяжения времени обратного восстановления λ и t _rr выражается уравнением
Время обратного восстановления должно быть больше, чем iRMa, и типичное значение составляет 3 (iRMa).
Следовательно, типичное значение для λ составляет 3. λ должно быть больше 1.
Заряд обратного восстановления Q _rr — интеграл от время обратного тока от точки, где ток становится отрицательным, до его затухания обратно до нуля.
Начальная зарядка к моменту времени t _с (как показано на рисунке) составляет выражается этим уравнением:
Интегрирующее уравнение 11 дает заряд между временами t _s и inf. Эта плата равна
.
Таким образом, общий заряд обратного восстановления определяется следующим уравнением:
Qrr = −iRM22a + τrriRM. (16)
Преобразование уравнения 16 для решения относительно τ _rr и подстановка результата в уравнение 14 дает уравнение, которое выражает т _руб в пересчете на Q _rr :
В качестве альтернативы блок вычисляет τ _rr , используя энергия обратного восстановления, E _rec .Это уравнение определяет кривую напряжения диода:
vd = vR− (vR − vRM) exp (- (t − t1) / τrr), (17)
где vRM = vR − iRM (R− Lτrr) — максимальное обратное напряжение на диоде.
Если Lτrr≫R, что является обычным условием для схемы проверки обратного восстановления, блок рассчитывает максимальное обратное напряжение диода как:
Поскольку значение времени спада небольшое, блок предполагает, что падение тока диода равно линейный:
iF + didt · t = qE-qMTM. (18)
Затем уравнение 18 подставляется в уравнение 5:
dqMd + qMτ = iF + didt · t. (19)
Чтобы получить общий накопленный заряд, он решает уравнение 19:
qM = iFτ + didt · τ2 (1exp (tτ) −1) + didt · τt, (20)
где didt — градиент тока.
Когда t = t1 = iRM − iFdidt, пиковый обратный ток равен:
Теперь блок заменяет уравнение 21 в уравнение 20:
−iRMTM = iFτ + didt · τ2 (exp (−iRM − iFdidt · τ) −1) + τ (iRM − iF) — (TM + τ) iRM = didt · τ2 (exp (−iRM − iFdidt · τ) −1) iRM = F (didt, iF, TM, τ). (22)
Наконец, блок решает уравнение 22, чтобы получить энергию обратного восстановления:
Erec = ∫t1t2idvddtErec = τrriRM (vR + vRM) 2Erec = iRM (2vRτr) 2Erec = iRM (2vRτr). (23)
Динамика заряда с неисправностями
При неисправности устройства блок диодов вычисляет переходной заряд как
где:
i _diode — ток диода без учета модель заряда.
q _E — переходный заряд.
T _M — время прохождения.
τ — время жизни носителя.
Это уравнение определяет значение тока диода:
где:
Температурная зависимость
Поведение по умолчанию для блока Diode — это зависимость по температуре не моделируется, а устройство моделируется при температуре, для которой вы предоставить параметры блока.Модель экспоненциального диода содержит несколько вариантов моделирования зависимость силы тока диода от температуры во время моделирования. Температурная зависимость емкости перехода не моделируется, поскольку она имеет гораздо меньшую эффект.
При учете температурной зависимости уравнение, определяющее диод, остается прежним. В измеренное значение температуры, T _m1 , заменяется на температура моделирования, Т _с .Насыщенность ток, IS , становится функцией температуры в соответствии со следующим уравнение:
где:
T _m1 — температура, при которой диод параметры указаны, как определено в Измерение температуры значение параметра.
T _с — температура моделирования.
IS _Tm1 — ток насыщения при измерении температура.
IS _Ts — ток насыщения при моделировании температура. Это значение тока насыщения, используемое в стандартном уравнении диода, когда моделируется температурная зависимость.
EG — энергетическая щель для полупроводника, измеренная в джоули (Дж). Значение для кремния обычно принимается равным 1,11 эВ, где 1 эВ — 1.602e-19.
XTI — это показатель степени текущей температуры насыщения.Это обычно установлено значение 3,0 для диодов с pn-переходом и 2,0 для диодов с барьером Шоттки.
N — коэффициент выбросов.
k — постоянная Больцмана (1,3806503e – 23 Дж / K).
Соответствующие значения для XTI и EG зависят от типа диода и используемого полупроводникового материала. Значения по умолчанию для определенных типов материалов и Типы диодов фиксируют приблизительное поведение в зависимости от температуры.Блок предоставляет значения по умолчанию для распространенные типы диодов.
На практике значения XTI и EG необходимо настроить на смоделировать точное поведение конкретного диода. Некоторые производители указывают эти настроенные значения в SPICE Netlist, и вы можете прочитать соответствующие значения. В противном случае вы можете определить улучшенные оценки для EG с использованием данных тока-напряжения, определенных в таблице указать на более высокую температуру. Блок предоставляет для этого возможность параметризации.Это также дает возможность указать ток насыщения при более высокой температуре IS _Tm2 напрямую.
Вы также можете настроить значения XTI и EG самостоятельно, чтобы соответствовать лабораторным данным для вашего конкретного устройства. Вы можете использовать Simulink ^® Программное обеспечение Design Optimization ™, помогающее настроить значения для XTI и EG .
Осторожно
Температурное поведение устройства также зависит от коэффициента излучения.An несоответствующее значение коэффициента излучения может дать неверную температурную зависимость, поскольку ток насыщения является функцией отношения EG к N .
При определении конечного напряжения обратного пробоя ( BV ) значение обратный BV модулируется температурным коэффициентом обратного пробоя TCV (определяется с использованием температуры обратного пробоя коэффициент, дБВ / dT параметр):
BV _Ts = BV _TM1 — TCV · ( T _с — T _m1 ) (24)
Неисправности
Диодный блок позволяет моделировать три типа неисправностей:
Обрыв — Отказ из-за прогорания металлизации.
Короткий — Отказ из-за пробивки.
Сдвиг параметра — Отказ из-за старения.
Блок может инициировать события неисправности:
В определенное время
Когда предел тока, предел напряжения или предел температуры превышаются дольше чем определенный временной интервал
Вы можете включать или отключать эти триггерные механизмы по отдельности или использовать их вместе, если больше при моделировании требуется более одного спускового механизма.Когда задействовано более одного механизма, первый механизм срабатывания неисправности имеет приоритет. Другими словами, компонент выходит из строя. не более одного раза за симуляцию.
Вы также можете выбрать, выдавать ли подтверждение при возникновении ошибки, используя Сообщение об ошибке параметр. Утверждение может иметь вид предупреждения или ошибки. По умолчанию блок не выдает утверждения.
Варианты моделирования
Блок предоставляет вариант теплового моделирования.Чтобы выбрать вариант, щелкните правой кнопкой мыши блок в вашей модели. В контекстном меню выберите>, а затем один из этих вариантов:
— Этот вариант не моделирует тепловыделение в устройстве. Этот вариант по умолчанию.
— Этот вариант содержит термопорт, который позволяет моделировать тепло, которое генерируют потери теплопроводности. Для численной эффективности тепловое состояние не влияет на электрические характеристики блока. По умолчанию тепловой порт скрыт.При выборе теплового варианта блока появляется термопорт.
Тепловой порт
Блок имеет дополнительный тепловой порт, по умолчанию скрытый. Чтобы открыть термопорт, щелкните правой кнопкой мыши блок в вашей модели, а затем в контекстном меню выберите >> . Это действие отображает тепловой порт H на значке блока и открывает Thermal Параметры порта .
Используйте термопорт для моделирования воздействия выделяемого тепла и температуры устройства.Для дополнительную информацию об использовании тепловых портов и о тепловом порте параметры см. в разделе «Моделирование тепловых эффектов в полупроводниках».
Диоды Шоттки на основе Al2O3 a-IGZO для измерения температуры
3.1. a-IGZO Диоды Шоттки на Al
₂ O ₃ Керамика
Контакт Шоттки между анодным металлом и полупроводниковым слоем напрямую влияет на характеристики выпрямления диода. показаны оптические изображения изготовленного устройства с различным материалом положительного электрода.
Оптические изображения изготовленного устройства. ( a ) Материал положительного электрода — Pt. ( b ) Материал положительного электрода — Au.
J – V характеристики диодов Шоттки a-IGZO на керамике Al ₂ O ₃ с различными металлами контактов Шоттки показаны на рис. Из a видно, что площадь выпрямительного перехода составляет 300 мкм × 300 мкм, диод с металлическими контактами Шоттки из Au и Pt показал коэффициент выпрямления 100,4 и 119.4 соответственно. При приложенном напряжении 1 В диод со слоем a-IGZO толщиной 50 нм между контактами Au и Al показал плотность тока 0,074 мА / см ², а между контактами Pt и Al — ток плотность 1,20 мА / см ². Из b видно, что площадь выпрямительного перехода составляла 200 мкм × 200 мкм, коэффициент выпрямления Au / a-IGZO составлял 25,1, а коэффициент выпрямления Pt / a-IGZO составлял 42,7. При приложенном напряжении 1 В плотность тока контактов Шоттки из Au и Pt составляла 0.034 мА / см ² и 19,9 мА / см ² соответственно. Диод с платиновым электродом показал более высокий коэффициент выпрямления, потому что, когда металл и полупроводник находились в контакте, энергетическая зона полупроводника на границе раздела изгибалась, образуя барьер Шоттки. Чем больше работа выхода металла, тем больше межфазное сопротивление и выше коэффициент выпрямления. Хотя ток утечки обратного смещения диода Au / a-IGZO относительно невелик, его коэффициент выпрямления намного ниже, чем у диода Pt / a-IGZO.Учитывая перечисленные выше факторы, в качестве металла Шоттки была выбрана Pt.
Дж – В Характеристики различных диодов из металла Шоттки / a-IGZO. ( a ) Диоды Au / a-IGZO и Pt / a-IGZO с напылением O ₂: (O ₂ + Ar) = 1%. ( b ) Диоды Au / a-IGZO и Pt / a-IGZO с напылением O ₂: (O ₂ + Ar) = 4%.
Последовательное сопротивление чувствительно зависит от толщины слоя a-IGZO. ВАХ диодов Шоттки a-IGZO на керамике Al ₂ O ₃ с различной толщиной a-IGZO показаны на рис.Как показано на a, для диодов с толщиной слоя a-IGZO 100 нм, 50 нм и 30 нм плотности тока составляют 0,042, 1,19 и 15,2 мА / см ², а коэффициенты выпрямления составляют 887,2, 94,8 и 28.1 соответственно. Из b для диодов с толщиной слоя a-IGZO 150, 100 и 50 нм плотности тока составляют 66,3, 0,005 и 20,1 А / см ², а коэффициенты выпрямления — 79,1, 44,1 и 233,9 соответственно. Возьмем b в качестве примера, учитывая, что эффективная постоянная Ричардсона a-IGZO составляет 41 А · см ² K ² и, основываясь на теории термоэлектронной эмиссии [28,33,34], извлеченные высоты барьера равны 0.41, 0,47 и 0,50 эВ для диодов с толщиной слоя a-IGZO 50, 100 и 150 нм соответственно. Наклон линейного участка кривой показывает, что идеальный коэффициент n диода при толщине пленки a-IGZO 50 нм также является наибольшим.
Дж – В-характеристики Pt / a-IGZO диодов с различной толщиной a-IGZO. ( a ) ВАХ Pt / a-IGZO диодов с толщиной a-IGZO 30, 50 и 100 нм и процессом напыления O ₂: (O ₂ + Ar) = 1%.( b ) ВАХ Pt / a-IGZO диодов с толщиной a-IGZO 50, 100 и 150 нм, процесс напыления O ₂: (O ₂ + Ar) = 4%.
Кислородные вакансии являются основным источником носителей в пленках a-IGZO. Однако избыточные кислородные вакансии могут привести к нескольким дефектным состояниям в пленке и повлиять на производительность устройства. Избыточное содержание кислорода в процессе напыления a-IGZO ухудшит стабильность пленки и снизит подвижность электронов.Для исследуемых здесь диодов с барьером Шоттки, когда прикладывается более низкое прямое напряжение смещения, характеристики диода зависят от контактного барьера Шоттки металл-полупроводник, а не от подвижности электронов в слое a-IGZO. Поэтому соответствующее добавление кислорода во время распыления используется для пассивирования контактной поверхности Шоттки, тем самым уменьшая эффект пиннинга уровня Ферми [35]. Когда напряжение прямого смещения высокое, ток в открытом состоянии диода ограничивается последовательным сопротивлением, которое тесно связано с подвижностью электронов пленки a-IGZO.Введение кислорода в аргон во время процесса распыления может привести к компромиссу между требованиями к высоким барьерам контакта Шоттки и относительно низким последовательным сопротивлением.
Морфология поверхности образцов анализируется методом АСМ. АСМ-изображения пленок a-IGZO толщиной 50 нм с соотношением кислород / аргон 1% и 4% представлены на рис. Видно, что при содержании кислорода 4% шероховатость поверхности пленки a-IGZO толщиной 50 нм немного больше, чем у частицы пленки с содержанием кислорода 1%.Однако пленка с содержанием кислорода 1% имеет плохую сплошность и однородность и имеет кластеры частиц в виде островков, что не способствует образованию идеального контакта между металлом и пленкой α-IGZO.
АСМ-изображения пленок a-IGZO толщиной 50 нм в процессе напыления ( a ) O ₂: (O ₂ + Ar) = 1% и ( b ) O ₂ : (O ₂ + Ar) = 4%.
В качестве мишеней для распыления использовались мишени из InGaZnO4 со стандартным атомным соотношением In: Ga: Zn = 1: 1: 1.По данным Olziersky et al. Согласно [36] атомное соотношение In / Ga меняется в зависимости от условий приготовления. Когда атомное соотношение составляет 0,95, подвижность носителей высока, из анализа EDS, показанного в, когда содержание кислорода составляет 4%, атомное отношение In / Ga близко к 0,95. На рисунке а показана рентгенограмма полученной пленки a-IGZO на подложке из Al ₂ O ₃. Результат рентгеноструктурного анализа показал, что существует аморфный диффузный пик, когда угол дифракции меньше 20 °, и нет сильного пика дифракции кристаллов.Поскольку толщина пленки составляет всего 50 нм, дифракционный пик подложки Al ₂ O ₃ является сильным, когда угол дифракции больше 20 °. Сильные дифракционные пики подложки Al ₂ O ₃, когда угол дифракции больше 20 °. Приготовленная пленка a-IGZO является аморфной. На рисунке b показано поперечное сечение диода, а на рисунке c показано изображение поверхности пленки a-IGZO. Поверхность Al ₂ O ₃ имеет ямки диаметром около 2 мкм, но толщина Ti / Pt / a-IGZO / Al, нанесенного на поверхность, соответствует фактическому устройству.
( a ) Рентгенограмма пленки a-IGZO на подложке из Al ₂ O ₃. СЭМ-изображение поперечного сечения диода ( b ) и поверхности пленки a-IGZO ( c ).
Таблица 1
Анализ элементного состава EDS пленки a-IGZO.
68_{3 70}70 0
O ₂: (Ar + O ₂) Элемент Массовое соотношение элемента (%) атомные отношения элементов (%)
1 28.33 36,12
Ga 17,34 36,42
Zn 12,26 27,46
4% 0 32,94
Zn 6,11 31,03
J – V характеристики Pt / a-IGZO диодов Шоттки на Al ₂ O ₃ керамика с различным соотношением кислород / sp. показаны на, где для диодов с соотношением кислород / аргон 1% и 4% плотности тока равны 0.34 мА / см ² и 20,13 мА / см ², а коэффициенты выпрямления составляют 29,2 и 233,9 соответственно. Во время процесса распыления соответствующее количество кислорода в газообразном аргоне может заполнить вакансию в слое α-IGZO, уменьшить поверхностные дефекты, уменьшить эквивалентное последовательное сопротивление контактной поверхности и увеличить высоту контактного барьера Шоттки.
Pt / a-IGZO-диоды с толщиной пленки 50 нм в среде распыления с O ₂: (Ar + O ₂) = 1% и O ₂: (Ar + O ₂) = 4%.
3.2. Высокотемпературные свойства
В данном исследовании ВАХ Pt / a-IGZO-диода с толщиной пленки 50 нм и процессом распыления O ₂: (Ar + O ₂) = 4 % были испытаны в диапазоне 21–400 ° C. Начальная температура была комнатной (21 ° C), и образец испытывали с интервалами 50 ° C. ВАХ диода на основе a-IGZO в диапазоне температур 21–400 ° C представлены на рис.
ВАХ диода при 21–400 ° C.
Он показывает, когда устройство находится в прямом смещении, оно показывает характеристики прямого выпрямления, как и ожидалось, и ток увеличивается с температурой для данного напряжения в прямом направлении. При меньшем смещении новая функция, в которой преобладает компонент утечки, добавляет нелинейности графику ВАХ. Бартоломео и Джубилео и др. обнаружили, что уравнение (4) идеально подходит для графика I-V при низком смещении [37].
I = IO [экв (V − RsI) nKT − 1]
(4)
где IO можно описать как Уравнение (5):
Ток насыщения IO был получен путем экстраполяции области линейного промежуточного напряжения линейной части кривой на приложенное к нулю напряжение смещения для каждой температуры.Экспериментальные значения высоты барьера (ФB) и фактора идеальности (n) для диода Шоттки были определены из точек пересечения и наклона графика прямого смещения lnI в зависимости от V при каждой температуре, их можно получить из уравнений (4) и ( 5) и представлены в п. b показывает сопротивление, извлеченное из функций Ченга [37].
Параметры, извлеченные из функций Ченга. ( a ) Фактор идеальности n и высота барьера Ф _B диода при 21–400 ° C изменяются с температурой.( b ) Сопротивление диода при 21–400 ° C изменяется с температурой.
Напряжение прямой проводимости Pt / a-IGZO диода уменьшается с повышением температуры с 21 ° C до 400 ° C; кроме того, напряжение снижается с 0,64 В до 0,14 В, средняя скорость дрейфа напряжения составляет 1,32 мВ / ° C, сопротивление включения снижается с 3,81 кОм до 1,54 кОм, а средняя скорость дрейфа сопротивления составляет 5,99 Ом / ° C. Когда напряжение смещения отрицательное, ток утечки обратного смещения также увеличивается с повышением температуры, ток утечки обратного смещения увеличился с 3.44 × 10 ⁻⁸ А до 0,03 мкА до 0,47 мкА. Кривая напряжения включения показана в a, которая показывает, что при повышении температуры напряжение включения уменьшается, и закон изменения приблизительно линейный. Сопротивление при включении также постепенно уменьшается и имеет экспоненциальную функцию при изменении температуры; результат показан на b.
( a ) Изменение напряжения включения Pt / a-IGZO диода в диапазоне 21–400 ° C. ( b ) Изменение сопротивления включения Pt / a-IGZO диода в диапазоне 21–400 ° C.
С увеличением прямого напряжения падение напряжения на последовательном сопротивлении сильно ограничивает экспоненциальный рост тока. Эквивалентное сопротивление диода уменьшается при высоких температурах и уменьшается влияние сопротивления на все устройство, Ф _B постепенно увеличивается с температурой, с высотой барьера 0,73 эВ при 21 ° C и 1,25 эВ при 400 °. C, а идеальный коэффициент n постепенно уменьшается с температурой (1,54 при 21 ° C и 1.09 при 400 ° C) [38].
Он используется в датчике температуры для извлечения прямого напряжения диода с плотностью прямого тока 1 × 10 ⁻⁵ А / см ², 1 × 10 ⁻⁴ А / см ² , и 1 × 10 ⁻³ А / см ². а показывает взаимосвязь между температурой и прямым напряжением при различной плотности тока, и напряжение уменьшается приблизительно линейно с увеличением температуры. Чтобы проверить воспроизводимость сенсора, температура была измерена при различных концентрациях три раза и показана на b.Можно обнаружить, что реакция датчика примерно одинакова при одинаковой плотности тока соответственно в каждом цикле нагрева и охлаждения. Когда плотность прямого тока диода составляет 1 × 10 ⁻⁵ А / см ², чувствительность датчика составляет 0,81 мВ / ° C; при плотности прямого тока 1 × 10 ^-4 А / см ² чувствительность составляет 1,37 мВ / ° C; при плотности прямого тока 1 × 10 ⁻³ А / см ² чувствительность составляет 1,59 мВ / ° C.
( a ) График зависимости прямого напряжения от температуры для диода Pt / a-IGZO при 21-400 ° C. ( b ) Реакция датчика на температуру при разной плотности тока для трех циклов.
Прогнозируемая погрешность температуры составляет всего -4,5– + 5,5 ° C (20–150 ° C), –10,7– + 12 ° C (150–300 ° C) и –5,5– + 9 ° C (300–450 ° C). ° C) с использованием двухточечной калибровки в диапазоне 20–450 ° C.
Что такое идеальный диод и настоящий диод? V-I характеристики и эквивалентная схема
Диод называется идеальным диодом , когда он смещен в прямом направлении и действует как идеальный проводник с нулевым напряжением на нем.Точно так же, когда диод смещен в обратном направлении, он действует как идеальный изолятор с нулевым током через него.
Характеристики V-I идеального диода показаны на рисунке ниже: Идеальный диод также действует как переключатель . Когда диод смещен в прямом направлении, он действует как замкнутый переключатель , как показано на рисунке ниже.
Принимая во внимание, что если диод смещен в обратном направлении, он действует как разомкнутый переключатель , как показано на рисунке ниже:
Реальный диод
A Реальный диод содержит потенциал барьера V ₀ (0.7 В для кремния и 0,3 В для германия) и прямое сопротивление R _F около 25 Ом. Когда диод смещен в прямом направлении и проводит прямой ток, через него протекает I _F, что вызывает падение напряжения I _F R _F в прямом сопротивлении.
Следовательно, прямое напряжение V _F, приложенное к реальному диоду для обеспечения проводимости, должно преодолевать следующее.
Потенциальный барьер
Падение прямого сопротивления
и.е.,
Для кремниевого диода уравнение принимает следующий вид:
Для кремниевого диода уравнение становится
Вольт-амперная характеристика реального диода показана ниже:
Для всех практических целей диод считается открытым переключателем при обратном смещении. Это связано с тем, что значение обратного сопротивления настолько велико (R _R> 100 МОм), что считается бесконечным для всех практических целей.
Эквивалентная схема реального диода в условиях прямого смещения показана ниже: Эта схема показывает, что настоящий диод все еще действует как переключатель при прямом смещении, но напряжение, необходимое для работы этого переключателя, составляет V _F,

Это все об идеальном диоде.
Пакет из 100 подавителей электростатического разряда / диодов для подавления электростатических разрядов Comchip Technology VL: 5V Bidir, IF: 1mA Подавители электростатического разряда для бизнеса и промышленного назначения
Пакет из 100 подавителей электростатических разрядов / диодов для подавления электростатических разрядов Comchip Technology VL: 5V Bidir, IF: 1mA Подавители электростатических разрядов для бизнеса и промышленности кемпинг-putterersee.at
ЕСЛИ: 1 мА (упаковка из 100 шт.): Подавители электростатического разряда — ✓ Возможна БЕСПЛАТНАЯ ДОСТАВКА при определенных покупках. RoHS: Соответствует RoHS。 Полярность: Двунаправленная。 Рабочее напряжение: 5 В。 Количество каналов: 2 канала。 Тип подключения: SMD / SMT。 Спецификация продукта: Производитель: Comchip Technology RoHS: Соответствует RoHS Полярность: Двунаправленная Рабочее напряжение: 5 V。Количество каналов: 2 канала。Стиль прерывания: SMD / SMT。Упаковка / корпус: SOT-23-3。Напряжение пробоя: 6.1 В Напряжение зажима: 15 В Vesd — Напряжение на контакте ESD: 8 кВ Vesd — Напряжение ESD Воздушный зазор: 16 кВ Cd — Емкость диода: 25 пФ。Ipp — Пиковый импульсный ток: 5 A。Максимальная рабочая температура: + 125 C。Серия: CPDT-5V0。Упаковка: Cut Tape。Упаковка: MouseReel。Упаковка: Reel。Бренд: Comchip Technology。。. Comchip Technology Подавители ЭСР / диоды для подавления переходных скачков напряжения VL: 5V Bidir. ЕСЛИ: 1 мА (упаковка по 100 шт.): Промышленный и научный. Купить Подавители ЭСР / диоды для подавления скачков напряжения Comchip Technology VL: 5V Bidir.

Пакет из 100 подавителей электростатических разрядов / диодов для подавления переходных скачков напряжения Comchip Technology VL: 5V Bidir, IF: 1mA
янь Кабельный шнур длиной 12 футов для принтера HP PHOTOSMART 5510 5520 6520 B209A B209B B855.Черный ветрозащитный виниловый баннер 6×6 Basic для улицы в аренду CGSignLab, упаковка из 40 разъемов для подключения TE и проводов 3P SMT HDR R / A MINI. Пакет из 100 подавителей электростатических разрядов / диодов для подавления переходных разрядов Comchip Technology VL: 5V Bidir, IF: 1mA . Изготовленный на заказ виниловый баннер Несколько размеров Название компании Авторемонтный телефон Номер B Автомобильный автомобиль На открытом воздухе Розовый 10 прокладок 60inx144in Один баннер, Микрокоммерческие компоненты Подавители электростатического разряда / TVS-диоды 27,7V 1500W 54,9A MCC Pack 100, 3,08 фунта, h9 Хромованадиевая сталь Земля и Полированный диаметр 15 мм, длина 1 метр 1.4 кг Ametric® 15 MM DR X 1M AISI L2 1-045 DIN 115 Cr V3, Упаковка из 100 подавителей электростатических разрядов Comchip Technology / диодов для подавления переходных скачков напряжения VL: 5V Bidir, IF: 1mA . Новый оригинальный FH для Lenovo Thinkpad L512, охлаждающий вентилятор и радиатор 60Y5020. Пластиковый термометр Wodwad для оконных, внутренних и наружных стеновых теплиц Садовые товары для дома.VCC Optoelectronics Pack из 100 LTh4MM12VFR4100 Компания Visual Communications LTh4MM12VFR4100, Pack из 100 Comchip Technology Подавители ЭСР / диоды TVS VL: 5V Bidir, IF: 1mA . Универсальный цифровой измеритель уровня звука GM1351 30-130 дБ, измеритель шума с ЖК-экраном в децибелах.

Пакет из 100 подавителей электростатических разрядов / диодов для подавления переходных скачков напряжения Comchip Technology VL: 5V Bidir, IF: 1mA
Мужские плавки JERECY Outer Space Rocket Planet Stars Quick Dry Board шорты с кулиской и карманами, оригинальный стиль для любой обуви, которую они делают — от работы до выходных, см. Таблицу размеров ниже. Дата первого упоминания: 8 января. Упакован в прозрачный пластик для облегчения обзора и идентификации всех компонентов.Мягкий белый свет этих светодиодов на протяжении более 2 лет придает теплое и уютное сияние любому приспособлению, домашнему декору и предметам повседневной жизни. вы будете проводить с ним время в своем личном пространстве. Он оснащен полностью верхними штанами для входа и передней панелью на молнии, которая позволяет легко размещать и снимать вашего питомца. 2 оконных плаката и одна упаковка бирок T50. Коробки продаются в комплекте, SLR343BCT3F Rohm Semiconductor Optoelectronics — Pack of 25 (SLR343BCT3F): Industrial & Scientific, ♥ Любовь — вечная тема для людей, Гарантия качества: Если вы столкнетесь с такими проблемами: свободный камень, US X-Small = Китай большой: длина: 25.Коробка из стерлингового серебра 18 или 20 дюймов. со спандексом Воротник, простроченный двойной иглой. Шифоновый топ с принтом на рукавах 3/4, крышки суппортов MGP 12134SDODMB Крышка суппорта с гравировкой «Broken Dodge» с матовым черным порошковым покрытием и серебряными символами. Каждый комплект тормозной магистрали Yana Shiki собирается на собственном предприятии: от фитингов из нержавеющей стали высочайшего качества, обжатых непосредственно до прочно вытянутого эластичного плетеного шланга из нержавеющей стали. Пожалуйста, не стесняйтесь обращаться к нам. Монета вызова военно-морского флота USS Bainbridge (DDG-96): игрушки и игры. Пакет из 100 Подавителей ЭСР / TVS-диодов Comchip Technology VL: 5V Bidir, IF: 1mA , пожалуйста, позвольте отклонение -2 см. Мы используем сочетание современных технологий для маркировки запонок и традиционных методов ручной отделки (000 шт.): Industrial & Scientific. Встречайте гостей теплом и комфортом этого классического, но неподвластного времени сервиза. Все наши усилия днем и ночью направлены на то, чтобы получить ваше полное удовлетворение и положительные отзывы, Это впечатляющее ожерелье Logoart 925 Sterling Silver Kentucky Derby Small Pendant Necklace, ❥ Печать дизайна и размещение: до / в конце цитаты.Мне нравится разговаривать с домашними животными / людьми, которые у меня есть, играть их любимые песни и просто чувствовать, что ко всем относятся с любовью и уважением, пожалуйста, проверьте электронную почту, чтобы проверить наклейку, идеально подходящую для вашего дома или в качестве подарка, День матери Подарок Персонализированная фоторамка Мать День Рождения Подарок Маме Подарок Персонализированный подарок маме ♥ Показан дизайн рамки: # 415 Как разместить заказ: ♥ Шаг 1. Винтажное вдохновение привело меня в путешествие, чтобы создать очень особенный рождественский орнамент, сделанный французами Saxon China Co в Себринге, производит красивый единственный экземпляр или контейнерное дерево для патио.Предлагая 100% настраиваемую рекламную продукцию. **** Вы не можете ПЕРЕПРОДАВАТЬ и ДЕЛИТЬСЯ работой ****, Вы хотите посмотреть видео с нашими луками, образцы бисероплетения из драгоценных камней можно приобрести здесь. Лучше всего подходит xsmall — маленький; см. размеры, чтобы быть уверенным. Наши изделия изготовлены из 100% карбида вольфрама ювелирного качества. Предназначен ли ваш подарок для ваших родителей. Эти изделия созданы вручную участниками нашего магазина. Пакет из 100 подавителей электростатических разрядов / диодов для подавления переходных разрядов Comchip Technology VL: 5V Bidir, IF: 1mA . Цветочный цветок Птица Стрекоза Бабочка Круглая мандала Набор из 8 прозрачных штампов.пожалуйста, не забудьте разархивировать папку и извлечь файлы. Плитка шоколада Hershey’s на 55 унций с торчащими концами обертки. Вы определенно получите ВАУ от своих получателей. Доступны различные размеры и цвета для переплета документов от 2 до 90 страниц. Переходный стиль отличает конфигурация аптекарского ящика с чистой. Просто очистите и протрите его антибактериальной салфеткой, подойдет Razor Ground Force Electric Go-Kart. прочная липкая лента для надежного закрепления сенсорного экрана в нужном положении, широкий прочный ремешок снижает давление и предотвращает скольжение, щетинный фильтр STF-110 легко устанавливается в любую существующую 4-дюймовую трубу или перегородку, а его гибкая конструкция позволяет легко обслуживать, так что вы можете иметь разговоры в кратчайшие сроки.- Разумный дизайн с кнопками по углам, чтобы предотвратить просыпание почвы во время процесса посева и поддерживать пол в чистоте и порядке. Мы бережно перевезем вашу посылку, чтобы защитить вашу конфиденциальность. Для Toyota RAV4 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012: Спорт и отдых, Идеально подходит для изготовления свечей и ароматерапии. В погоне за следующим приключением в клифдене, Comidox 6шт. Творческая личность Доктор Медсестра Стетоскоп Эмаль Булавка с лацканами Симпатичный школьный портфель Микро-кепка с отворотом Значок: Спорт и Активный Отдых.-Изготовлен из АБС-пластика (акрилонитрил-бутадиен-стирол). Особенность заключается в том, что этот водонепроницаемый подкладочный мат имеет компактный размер и изысканный дизайн, внешние размеры: 137x74x21 мм, вырезаны и комбинируются для создания различных дизайнов. Пакет из 100 подавителей электростатических разрядов / диодов для подавления переходных разрядов Comchip Technology VL: 5V Bidir, IF: 1mA .
Пакет из 100 подавителей электростатических разрядов / диодов для подавления переходных скачков напряжения Comchip Technology VL: 5V Bidir, IF: 1mA
Пакет из 100 подавителей электростатических разрядов / диодов для подавления переходных скачков напряжения Comchip Technology VL: 5V Bidir, IF: 1mA
Подавители / TVS-диоды VL: 5V Bidir, IF: 1 мА Пакет из 100 ESD Comchip Technology, купить подавители ESD Comchip Technology / TVS-диоды VL: 5V Bidir, IF: 1mA (Pack 100): Подавители ESD — ✓ Возможна БЕСПЛАТНАЯ ДОСТАВКА на подходящие покупки, гарантированная оплата, лучшая цена, фантастические оптовые цены, 365-дневный возврат, самые низкие цены и лучшие предложения в Интернете.Подавители ЭСР Comchip Technology / диоды для подавления переходных скачков напряжения VL: 5 В Bidir, IF: 1 мА в упаковке 100 шт., Упаковка из 100 шт. Подавители ЭСР Comchip Technology / диоды для подавления переходных скачков напряжения VL: 5 В Bidir, IF: 1 мА.
Исследование водородочувствительных свойств диодов Шоттки на основе Pd / AlGaAs — Национальный университет Ченг Кунг
TY — JOUR
T1 — Исследование водородочувствительных свойств диодов Шоттки на основе Pd / AlGaAs
AU — Цай, Ян Ин
AU — Линь, Кун Вэй
AU — Лу, Чун Цен
AU — Чен, Хуэй Инг
AU — Чуанг, Хун Мин
AU — Чен, Чунь Юань
AU — Чен
Чин Чуань
AU — Liu, Wen Chau
N1 — Информация о финансировании: Рукопись получена 9 мая 2003 г .; отредактировано 29 августа 2003 г.Эта работа была частично поддержана Национальным научным советом Тайваня, R.O.C., в рамках гранта NSC 92-2218-E006-032. Рецензию на эту статью организовал редактор К. Наджафи.
PY — 2003/12
Y1 — 2003/12
N2 — Водородные характеристики отклика и чувствительные свойства каталитических Pd / Al0.3Ga0.7As металл-оксид-полупроводник (MOS) и металл-полупроводник (MS) Schottky систематически изучаются диоды. Исследовано влияние адсорбции водорода на характеристики устройства, такие как вольт-амперные характеристики, чувствительность, изменение высоты барьера, теплота адсорбции и переходная характеристика.Исследуемые устройства могут работать в очень широких режимах концентрации водорода с замечательными водородочувствительными свойствами. В частности, при чрезвычайно низкой концентрации водорода 15 ppm ч3 / воздух могут быть обнаружены как установившиеся, так и переходные характеристики при комнатной температуре. Кроме того, при наличии оксидного слоя в исследуемом МОП-устройстве наблюдается большее изменение высоты барьера и более высокий водородный отклик. Кроме того, согласно уравнению Вант-Гоффа, начальные значения адсорбции тепла для границы раздела Pd / полупроводник и Pd / оксид рассчитываются как 7.29 и 49,6 кДж / моль соответственно.
AB — Систематически изучаются водородные характеристики отклика и чувствительные свойства каталитических диодов Шоттки на основе Pd / Al0.3Ga0.7As металл-оксид-полупроводник (MOS) и металл-полупроводник (MS). Исследовано влияние адсорбции водорода на характеристики устройства, такие как вольт-амперные характеристики, чувствительность, изменение высоты барьера, теплота адсорбции и переходная характеристика. Исследуемые устройства могут работать в очень широких режимах концентрации водорода с замечательными водородочувствительными свойствами.В частности, при чрезвычайно низкой концентрации водорода 15 ppm ч3 / воздух могут быть обнаружены как установившиеся, так и переходные характеристики при комнатной температуре. Кроме того, при наличии оксидного слоя в исследуемом МОП-устройстве наблюдается большее изменение высоты барьера и более высокий водородный отклик. Кроме того, согласно уравнению Вант-Гоффа, начальные значения адсорбции тепла для границы раздела Pd / полупроводник и Pd / оксид рассчитываются как 7,29 и 49,6 кДж / моль соответственно.