TA2CCS Şahin Küliğ E-Mail:
ta2ccs@antrak.org.tr
Bu sayımızda daha önce anlattığım P ve N
tipi yarı iletkenleri bir araya getirip, elektronikte çok sık
kullanılan bir PN Bağlantısını (PN Junction)
inceleyeceğiz. Bu bağlantı şekli kullanılan tüm yarı iletken
malzemenin (diyot, transistor, FET vs...) temel yapısı olup iyi
anlaşılmasında fayda vardır.
Aslında yarı iletken üreticileri P ve N
tipi yarı iletken maddeleri ayrı ayrı üretip sonra bunları bir
şekilde yapıştırmazlar. Peki nasıl yaparlar? Yapılacak
yarı iletken maddenin asıl maddesini önce safa yakın bir kristal
şeklinde üretirler. Örneğin silikon kullanarak incecik, küçük ve
daire şeklinde bir malzeme elde ederler. Sonra karışık kimyasal
yöntemler kullanarak bu silikon levhayı bir kısmını N bir
kısmını P, P nin üzerine tekrar N gibi kat kat PN birleşimleri
oluştururlar. Bunu yaparken silikon levhanın üzerinde yüzlerce
diyot ya da transitör hatta entegre devre yaparlar. Tabi ki bu
işlem birkaç satıra sığacak kadar basit olmayıp son derece
karışık işlemler gerektirir. Bu kısa bilgiden sonra asıl konumuza
dönelim.
PN Bağlantısı (PN Junction)
PN bağlantılı bir yarı iletkenin birleşme
yüzeyinde ilk anda aşağıdaki şekillerde gösterilen olaylar
olur.
P ve N tipi yarı iletkenler arasında
taşıdıkları elektrik yüklerinden dolayı bir elektrik alanı
oluşur.
N tipi yarı iletkendeki serbest elektronlar
P tipi yarı iletken içindeki boşluklar ile birleşmek üzere
harekete geçerler. Bu birleşme P ve N tipi yarı iletkenlerinin
birleşme yüzeyi civarında olur. Çünkü oluşan elektrik alanı en
kenardaki serbest elektronlar P tipi yarı iletkenin en dışındaki
boşlukların birleşmesini sağlayacak kadar güçlü değildir.
Birleşmeden sonra yayılım bölgesindeki
(Depletion Region) donör atomları pozitif iyon, akseptör
atomları ise negatif iyona dönüşür. Artık yayılım bölgesinin
elektriksel bir alanı yoktur.
Artık denge durumuna geçen bağlantının uçlarından
elektrik akımın (elektronların) geçebilmesi için elektriksel bir
engel (yalıtkan bir bölge) oluşmuştur. Bu engel
bağlantının arasında kalan yayılım bölgesidir. Aradaki
bölgeyi elektronların aşabilmesi için silisyum için oda sıcaklığında
(T=25OC) 0,6V kadar bir gerilime ihtiyaç vardır. Bu voltaj
değeri özellikle küçük sinyal uygulamalarında çok önemlidir.
Aynı zamanda ortası yalıtkan iki dış kenarı yarı iletken olan
bağlantı bir kapasite olarak da davranır. Bu kapasite
yüksek frekanslarda çalışan diyor transistör gibi malzemeler
için istenmez, fakat varicap diyot gibi kapasitesi voltajla
değişen diyorlar için özellikle istenir. Bu özellikleri
sağlamak için yari iletken üreticilerinin özel teknikleri
vardır.
PN Bağlantısının İletkenliği
Düz Bias (Forward Bias)
Yukarıdaki şekilde görülen devrede, PN
bağlantısının P tarafına pozitif N tarafına negatif voltaj
verebilecek bir ayarlı güç kaynağını bağlayalım. Başlangıçta
voltaj kaynağının (VF) değeri sıfır volt olsun. Bu
durumda devreden hiç akım akmayacak ve ampermetre sıfır değerini
gösterecektir. Şimdi Voltajı biraz yükseltelim.
Voltaj kaynağının eksi ucunun sağladığı enerjiden
dolayı PN bağlantının N tarafı elektronca zenginleşir ve aynı
şekilde voltaj kaynağının artı ucunun sağladığı enerjiden dolayı
P taraf da boşlukça zenginleşir. P tarafta çoğalan boşluklar
yayılım bölgesinin negatif iyonlarla birleşiler, N tarafta da
çoğalan elektronlar yayılım bölgesindeki pozitif iyonlarla
birleşirler Bunun sonucu olarak yayılım bölgesi daralır. Fakat
ampermetre hala sıfır amper göstermekte ve akım akmamaktadır.
Voltajı biraz daha arttıralım.
Eğer yarı iletkenimiz silisyumdan yapılmış ise
voltmetrede yaklaşık 0,6V'u gösterdiği sırada artık yayılım
bölgesi ortadan kalkar N taraftaki serbest elektronlar P
tarafındaki boşluklarla yoğun bir şekilde birleşmeye başlarlar
ve sürekli bir akım akmaya başlar. Bu sırada ampermetremizde artık
bir değer (IF) göstermeye başlamıştır. Bu şekildeki
bağlantıda yani PN bağlantısının P tarafına pozitif, N tarafına
negatif gerilim uygularsan iletime geçer. Bu bağlantıya DÜZ
BIAS (Forward Bias) denir.
Ters Bias (Reverse Bias) Yukardaki şekildeki bağlantının Düz Bias bağlantıdan
farkı PN bağlantının P ucuna negatif N ucuna ise pozitif voltaj
verilmesidir. Başlangıçta voltaj kaynağının değeri sıfır volt
olmasından dolayı devreden herhangi bir akım akmaz. Şimdi
voltajı biraz arttıralım.
PN bağlantının P tarafındaki boşluklar
voltaj kaynağının negatif ucundan gelen elektronlarla birleşir
ve negatif iyona dönüşür. N tarafındaki serbest elektronlar ise
voltaj kaynağının pozitif ucundan gelen boşluklarla birleşerek
pozitif iyona dönüşür. Bunun sonucu olarak PN bağlantısının
arasındaki yayılım bölgesi daha da büyür ve ampermetreden hiç
akım akmadığı görülür. Bu şekildeki bağlantıya TERS BİAS
(Reverse Bias) denir.
Daha önce anlattığım gibi yarı iletkenleri
saf olarak yapmak mümkün değildir. Bu nedenle ters bias da yarı
iletken içindeki AZINLIK TAŞIYICILARI'ndan dolayı
mikroamper seviyelerinde de olsa bir akım akar. Bu akıma
SIZINTI AKIMI (Leakage Current) denir. Azınlık
taşıyıcıları sıcaklığın artması ile artacağı için PN bağlantıda
sızıntı akımı, sıcaklığın artması ile artar.
Özetleyecek olursak PN bağlantıda düz bias
için P ucuna pozitif, N ucuna negatif gerilim verilir. Düz bias
da PN bağlantıdan akım akar.
PN bağlantıda ters bias için P ucuna negatif, N ucuna pozitif gerilim
verilir. Ters bias da PN bağlantıdan akım akmaz.
Önümüzdeki ay DİYOT bölümüne başlıyoruz.
Kendinize iyi bakın 11.00 - 17.00 arası güneşte kalmayın.
|