Yarıiletken Di yotlar

1. 1 Yarıiletken Diyotlar

2. 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.

3. 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.

4. 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, 2n2formülüne 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, 2n2formülüne göre 18 elektron alma kapasitesine sahiptir.

5. Enerji-Band Diyagramları

6. 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.

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

8. N-tipive P-tipiYarıiletkenler N- ve P-tipimalzemelerin oluşturulma işlemikatkılama olarak adlandırılır. N-tipi yarıiletkenoluşturmak için Silikon yapıya Antimuan gibi 5 valans elektronlu katkılama atomları katılır. P-tipi yarıiletkenoluşturmak için Silikon yapıya Bor gibi 3valans elektronlu katkılama atomları katılır. N-tipi P-Tipi

9. 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.

10. p-n Jonksiyonu Jonksiyon bölgesinde elektron-oyuk birleşmesi meydana gelerek burada iyonize atomlardan oluşan fakirleşmiş bölge ve bariyer potansiyeli oluşur. 10

11. pn-jonksiyonu enerji-band diyagramları

12. DiyotÇalışma Şartları Ters Yön Kutuplama Ters yönlü bir kutuplama durumunda diyot pn-jonksiyon 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

13. DiyotÇalışma Şartları İleri 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 olurlarve jonksiyondan akım akışı başlar. 13

15. DiyotKarakteristikleri Diyot akımı: 15

16. 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

20. Sıcaklık Etkileri • Sıcaklık artışı diyot yapısına ilave enerji katar. • Bu ilave enerji kazanımı ileri yön iletimi için gerekli olan ileri yön geriliminidüşürürken (-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. 20

22. DC – Statik Direnç Uygulanan belirli bir DC gerilim VDve belirli bir IDakım değerleriiçin tanımlanan direnç DC dirençtir. 22

23. AC – Dinamik Direnç İleri yön kutuplama bölgesinde tanımlanan AC direnç: • Bu direnç (ID) akımına bağlıdır. • rB 0.1- 2aralığında olup,genelde ihmal edilir. Ters yön kutuplama bölgesinde tanımlanan AC direnç: 23

24. Ortalama AC Direnç AC direnç karakteristik eğri üzerinde iki nokta seçilerek belirlenebilir. 24

25. Diode VeriSayfaları Diyot katalog verilerinde aşağıdaki parametre tanımları vardır. • VF, belirli bir sıcaklık ve akımdaki ileri yön gerilimi • IF, belirli bir sıcaklıktaki maksimum ileri yön akımı • IR, belirli bir sıcaklıktaki maksimum ters yön akımı • PIV or PRV or V(BR), belirli bir sıcaklıktaki maksimum ters yön gerilimi • Power dissipation, belirli bir sıcaklıktaki harcanan maksimum güç • C, ters yön kutuplamasındaki kapasite seviyeleri • trr, ters yön toparlanma süresi 25

27. Diyot Kapasitansı Ters yöndeki öngerimlemede, diyot PN-jonksiyonundaki fakirleşmiş bölge genişler. Bu bölgede bir CToluşacaktır. Oluşan kapasite değeri ters yönde uygulanan gerilim değerine bağlı olacaktır. İleri yönöngerilimlemesi ise diyot difüzyon kapasitesi oluşturacaktır. 27

28. Ters Yön Toparlanma Süresi (trr) İletimde olan bir diyodun kesime götürülmesi yani iletim dışı bırakılması için gerekli olan süredir. 28