YarıiletkenYarıiletken Di Diyotlaryotlar

11

Bohr Atom Modeli

Bu modelde görüldüğü gibi, elektronlar çekirdek etrafında belirli bir yörüngede yer almaktadırlar. Bir malzemenin atomik yapısı, onun iletkenlik ya da yalıtkanlık özelliğini belirlemektedir.

İletkenler, Yalıtkanlar, Yarıiletkenler

Çekirdeği çevreleyen elektronların yörünge konumları “Kabuk “ olarak adlandırılır. Her bir kabuk 2n2 formülü ile belirlenen elektron sayısına sahiptir. En dıştaki kabuk “valans kabuğu” olarak adlandırılır.

Valans kabuğu, malzemenin iletkenlik özelliğini belirler.

Bakır atomu valans yörüngesinde sadece 1 elektrona sahiptir. Bu onu iyi bir iletken kılar ve bu yörünge n=4 kabuk sayısına sahip olduğu için, 2n2 formülüne göre 32 elektron alma kapasitesine sahiptir.

Bir silikon atomunun son yörüngesinde 4 vardır. Bu özelliği onu yarıiletken bir malzeme yapar. n=3 kabuk sayısına sahip olduğu için, 2n2 formülüne göre 18 elektron alma kapasitesine sahiptir.

İletkenler, Yalıtkanlar, Yarıiletkenler

Enerji-Band Diyagramları

Silikon ve germanyum atomlarının valans yörüngelerinde yer alan elektronlar arasında kovalent bağ yapısı vardır. Saf halde bu bağ yapısı bozulmaz ve bu yarıiletken malzemeler yalıtkan durumdadır.

Yarıiletkenlerde Kristal Yapı

Saf bir silikon kristali için enerji-band diyagramı. Görüldüğü gibi iletim bandında elektron yoktur.

N-tipi ve P-tipi Yarıiletkenler

N-tipi yarıiletken oluşturmak için Silikon yapıya Antimuan gibi 5 valans elektronlu katkılama atomları katılır.

P-tipi yarıiletken oluşturmak için Silikon yapıya Bor gibi 3 valans elektronlu katkılama atomları katılır.

N- ve P-tipi malzemelerin oluşturulma işlemi katkılama olarak adlandırılır.

N-tipi P-Tipi

N-tipi yarıiletken yapıda, yapıya katılan ve elektron vererek pozitif yüklenen katkılama atomları “Donör İyonları” olarak tanımlanır. Bu yapıda çoğunluk akım taşıyıcıları elektronlar, azınlık akım taşıyıcıları ise oyuklardır.

P-tipi yarıiletken yapıda, yapıya katılan ve elektron alan katkılama atomları “Akseptör İyonları” olarak tanımlanır. Bu yapıda çoğunluk akım taşıyıcıları oyuklar, azınlık akım taşıyıcıları ise elektronlardır.

p-np-n J Jonksiyonuonksiyonu

1010

Jonksiyon bölgesinde elektron-oyuk birleşmesi meydana gelerek burada iyonize atomlardan oluşan fakirleşmiş bölge ve bariyer potansiyeli oluşur.

pn-jonksiyonu enerji-band diyagramları

Ters yönlü bir kutuplama durumunda diyot pn-jonksiyon yapısındaki fakirleşmiş bölge genişler ve yapıda ters yönlü küçük bir sızıntı akımı dışında akım akmaz.

DiDiyotyot Çalışma ŞartlarıÇalışma ŞartlarıTers Yön KutuplamaTers Yön Kutuplama

• n-tipi malzemedeki elektronlar kaynağın pozitif kutbu tarafından çekilir.

• p-tipi malzemedeki oyuklar ise kaynağın negatif kutbu tarafından çekilirler.

1212

DiDiyotyot Çalışma ŞartlarıÇalışma Şartları

İleri Yön Kutuplamaİleri Yön Kutuplama

• İleri yön kutuplama, pn-jonksiyonundaki fakirleşmiş bölgenin daralmasına yol açacaktır.

• Elektronlar ve oyuklar kaynak kutupları tarafından jonksiyona doğru itilirler.

• Elektronlar ve oyuklar jonksiyon bölgesini geçecek kadar enerjiye sahip olurlar ve jonksiyondan akım akışı başlar.

1313

DiDiyotyot KarakteristikleriKarakteristikleri

1515

1T

DV

V

sD eII

Diyot akımı:

Zener bölgesi, diyodun ters yöndeki bölgesindedir. Bu noktada uygulanan ters yön geriliminin etkisiyle azınlık taşıyıcıların hareketliliği artıp, diğer atomlara çarparak yeni taşıyıcıların açığa çıkmasına sebep olur. Bu etki “çığ etkisi” olarak tanımlanır. Bu noktadan sonra diyot ters yönlü olarak da akım geçirmeye başlar.

Zener Zener BölgesiBölgesi

• Bu maksimum ters yönlü gerilim “kırılma gerilimi” olarak tanımlanır.

1616

• Sıcaklık artışı diyot yapısına ilave enerji katar.

• Bu ilave enerji kazanımı ileri yön iletimi için gerekli olan ileri yön gerilimini düşürürken (-2.5mV/ oC), ters yöndeki sızıntı akımında artışa (her 10 oC’lik ısı artışı sızıntı akımında 2 katlık bir artışa yol açar) neden olur.

• Germenyum diyotlar, ısı değişimlerine Silikon diyotlara daha hassastırlar.

Sıcaklık EtkileriSıcaklık Etkileri

2020

DCDC – – StatiStatik k DirençDirenç

Uygulanan belirli bir DC gerilim VD ve belirli bir ID akım değerleri için tanımlanan direnç DC dirençtir.

D

DD I

VR

2222

• Bu direnç (ID) akımına bağlıdır.

• rB 0.1 - 2 aralığında olup, genelde ihmal edilir.

ACAC – – DDinamik Dirençinamik Direnç

BD

d rImV 26r

rd

İleri yön kutuplama bölgesinde tanımlanan AC direnç:

Ters yön kutuplama bölgesinde tanımlanan AC direnç:

2323

AC direnç karakteristik eğri üzerinde iki nokta seçilerek belirlenebilir.

OrtalamaOrtalama AC AC DirençDirenç

noktaya)(noktadan IV r

d

dav

2424

1. VF, belirli bir sıcaklık ve akımdaki ileri yön gerilimi

2. IF, belirli bir sıcaklıktaki maksimum ileri yön akımı

3. IR, belirli bir sıcaklıktaki maksimum ters yön akımı

4. PIV or PRV or V(BR), belirli bir sıcaklıktaki maksimum ters yön gerilimi

5. Power dissipation, belirli bir sıcaklıktaki harcanan maksimum güç

6. C, ters yön kutuplamasındaki kapasite seviyeleri

7. trr, ters yön toparlanma süresi

Diode Diode VeriVeri SayfalarıSayfaları

Diyot katalog verilerinde aşağıdaki parametre tanımları vardır.

2525

Ters yöndeki öngerimlemede, diyot PN-jonksiyonundaki fakirleşmiş bölge genişler. Bu bölgede bir CT oluşacaktır. Oluşan kapasite değeri ters yönde uygulanan gerilim değerine bağlı olacaktır.

İleri yön öngerilimlemesi ise diyot difüzyon kapasitesi oluşturacaktır.

DiDiyot Kapasitansıyot Kapasitansı

2727

İletimde olan bir diyodun kesime götürülmesi yani iletim dışı bırakılması için gerekli olan süredir.

Ters Yön Toparlanma SüresiTers Yön Toparlanma Süresi (t (trrrr))

2828