Yarıiletkenler Diyotlar 1 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. 1
İletkenler, Yalıtkanlar, Yarıiletkenler Çekirdeği çevreleyen elektronların yörünge konumları Kabuk olarak adlandırılır. Her bir kabuk 2n 2 formülü ile belirlenen elektron sayısına sahiptir. En dıştaki kabuk valans kabuğu olarak adlandırılır. İletkenler, Yalıtkanlar, Yarıiletkenler 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,2n 2 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, 2n 2 formülüne göre 18 elektron alma kapasitesine sahiptir. 2
Enerji Band Diyagramları Yarıiletkenlerde Kristal Yapı 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. 3
Saf bir silikon kristali için enerji band diyagramı. Görüldüğü gibi iletim bandında elektron yoktur. N-tipi ve P-tipi Yarıiletkenler N- ve P-tipi malzemelerin oluşturulma işlemi katkılama olarak adlandırılır. N-tipi yarıiletken oluşturmak için Silikon yapıya Antimuan gibi 5 valans elektronlu katkılama atomları katılır. N-tipi P-tipi yarıiletken oluşturmak için Silikon yapıya Bor gibi 3 valans elektronlu katkılama atomları katılır. P-Tipi 4
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-n Jonksiyonu Jonksiyon bölgesinde elektron-oyuk birleşmesi meydana gelerek burada iyonize atomlardan oluşan fakirleşmiş bölge ve bariyer potansiyeli oluşur. 10 5
pn jonksiyonu enerji band diyagramları Ters Yön Kutuplama Diyot Çalışma Şartları Ters yönlü bir kutuplama durumunda diyot pnjonksiyon yapısındaki fakirleşmiş bölge genişler ve yapıda ters yönlü küçük bir sızıntı akımı dışında akım akmaz. n-tipi malzemedeki elektronlar kaynağın pozitif kutbu tarafından çekilir. p-tipi malzemedeki oyuklar ise kaynağın negatif kutbu tarafından çekilirler. 12 6
Diyot Çalışma Şartları İleri Yön Kutuplama İleri yön kutuplama, pnjonksiyonundaki 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. 13 7
Diyot Karakteristikleri Diyot akımı: I D I s e V D VT 1 15 Zener Bölgesi 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. Bu maksimum ters yönlü gerilim kırılma gerilimi olarak tanımlanır. 16 8
9
Sıcaklık Etkileri Sıcaklık artışı diyot yapısına ilave enerji katar. Bu ilave enerji kazanımı ileri yön iletimi için gerekli olan ileri yön gerilimini düşürürken (-2.5mV/ o C), ters yöndeki sızıntı akımında artışa (her 10 o C lik ısı artışı sızıntı akımında 2 katlık bir artışa yol açar) neden olur. Germenyum diyotlar, ısı değişimlerine Silikon diyotlara daha hassastırlar. 20 10
DC Statik Direnç Uygulanan belirli bir DC gerilim V D ve belirli bir I D akım değerleri için tanımlanan direnç DC dirençtir. VD R D ID 22 11
AC Dinamik Direnç İleri yön kutuplama bölgesinde tanımlanan AC direnç: 26mV rd rb ID Bu direnç (I D ) akımına bağlıdır. r B 0.1-2 aralığında olup, genelde ihmal edilir. Ters yön kutuplama bölgesinde tanımlanan AC direnç: r d 23 Ortalama AC Direnç Vd rav (noktadan noktaya) I d AC direnç karakteristik eğri üzerinde iki nokta seçilerek belirlenebilir. 24 12
Diode Veri Sayfaları Diyot katalog verilerinde aşağıdaki parametre tanımları vardır. 1. V F, belirli bir sıcaklık ve akımdaki ileri yön gerilimi 2. I F, belirli bir sıcaklıktaki maksimum ileri yön akımı 3. I R, 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. t rr, ters yön toparlanma süresi 25 13
Diyot Kapasitansı Ters yöndeki öngerimlemede, diyot PN-jonksiyonundaki fakirleşmiş bölge genişler. Bu bölgede bir C T oluşacaktır. Oluşan kapasite değeri ters yönde uygulanan gerilim değerine bağlı olacaktır. İleri yön öngerilimlemesi ise diyot difüzyon kapasitesi oluşturacaktır. 27 Ters Yön Toparlanma Süresi (t rr ) İletimde olan bir diyodun kesime götürülmesi yani iletim dışı bırakılması için gerekli olan süredir. 28 14
15
16