Yarı İletkenler

YARI İLETKENLER

 

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.

 

 

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.

YARIILETKENLER

WhatsApp chat