Temel Elektronik

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=25^OC) 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 (V_F) 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 (I_F) 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.