Bu makalede, Schottky diyotlarının avantajlarını, kullanım alanlarını ve diğer diyotlardan ayıran özelliklerini ele alacağım.
Ters Akım Önleyici Schottky Diyotuna Giriş
Ters akım önleyici Schottky diyot, elektrik akımı için tek yönlü bir valf görevi gören bir yarı iletken cihaz türüdür. Devreye veya cihaza zarar verebilecek ters yönde akım akışını önlemek üzere tasarlanmıştır. Schottky diyot, 1938 yılında onu icat eden Walter H. Schottky’nin adını almıştır.
Ters akım önleyici Schottky diyot, genellikle güç kaynakları, pil şarj cihazları ve güneş panelleri gibi elektronik cihazlarda kullanılır. Yükün veya güç kaynağının doğası gereği ters akım akışı riski bulunan devrelerde özellikle yararlıdır. Örneğin, bir güneş paneli sisteminde, diyot geceleri pilin güneş hücreleri üzerinden boşalmasını önleyebilir.
Genel olarak, ters akım önleyici Schottky diyot, birçok elektronik sistemde düzgün ve güvenli çalışmayı sağlamak için vazgeçilmez bir bileşendir.
Schottky Diyotunun İleri Yön Geriliminin Anlaşılması
Bir Schottky diyotunun ileri yön voltaj düşüşü genellikle 0,15 ile 0,45 volt arasındadır; bu değer, normal bir diyotun 0,6 ile 0,7 voltluk değerinden çok daha düşüktür. Bu düşük ileri yön voltaj düşüşü, Schottky diyotlarının elektrik enerjisini ışığa veya ısıya dönüştürmede daha verimli oldukları anlamına gelir. Ayrıca, bu düşük ileri yön voltaj düşüşü, onları düşük voltajlı uygulamalar için ideal hale getirir.
Schottky diyotu nasıl çalışır?
Schottky diyotu, bir metal ile yarı iletken arasında bir bariyer oluşturarak çalışır. Metal bölge pozitif elektrot, N-tipi yarı iletken bölge ise negatif elektrot görevi görür. Yarı iletkende çok sayıda elektron bulunurken metalde sadece az sayıda elektron olduğu için, elektronlar yarı iletkenden metale doğru yayılır. Bu durum, ters yönde akım akışını engelleyen bir potansiyel bariyeri oluşturur. Elektronların sürüklenme hareketi ile yayılma hareketi arasında bir denge kurulduğunda, bir Schottky bariyeri oluşur.
Tipik bir Schottky doğrultucu, arsenikle katkılanmış bir N-epitaksiyel tabakaya sahip N-tipi yarı iletken bir alt tabaka kullanır. Anot için bariyer tabakasını oluşturmak üzere molibden veya alüminyum kullanılırken, tüpün dayanım gerilimi değerini artırmak için silikon dioksit kullanılır. Katotun temas direncini azaltmak için alt tabakanın altında bir N+ katot tabakası oluşturulur. Yapısal parametreler ayarlanarak, N tipi alt tabaka ile anot metali arasında bir Schottky bariyeri oluşturulur. Schottky bariyerinin her iki ucuna ileri yönlü bir gerilim uygulanması, bariyer tabakasını daraltır ve direncini azaltırken, ters yönlü bir gerilim ise bariyer tabakasını genişletir ve direncini artırır.
Schottky Diyotunun Yapısı
Yeni yüksek gerilim SBD, hem yapısı hem de malzemesi açısından geleneksel SBD’lerden farklıdır. Geleneksel SBD’lerde alüminyum, altın, molibden, nikel veya titanyum gibi metaller ile silikon (Si) veya galyum arsenit (GaAs) gibi yarı iletkenler arasında metal-yarı iletken temaslar kullanılır.
İyi frekans özellikleri elde etmek için, deliklere göre elektronların hareket kabiliyetinin daha yüksek olması nedeniyle alt tabaka için N tipi yarı iletken malzemeler seçilir. Seri direnci çok fazla artırmadan bağlantı kapasitansını azaltmak ve ters kırılma gerilimini artırmak için N+ alt tabakası üzerine yüksek dirençli bir N- ince tabaka da epitaksiyel olarak eklenir.
Bir metal yarı iletkenle temas ettiğinde, metalin Fermi seviyesi yarı iletkenin Fermi seviyesinden daha düşük olduğu için elektronlar yarı iletkenden metale yayılır. Bu, metalin negatif, yarı iletkenin ise pozitif yüklü hale gelmesine neden olur. Metaller mükemmel iletkenler olduğundan, negatif yükler yalnızca yüzeydeki ince, atom boyutundaki bir tabaka içinde dağılır.
N-tipi yarı iletkenlerde, daha geniş bir alana yayılmış pozitif yüklü donör kirlilik atomları bulunur. Elektronlar yarı iletkenden metale yayıldığında, yalnızca N-tipi yarı iletken tarafında mevcut olan bir tükenme tabakası, kendiliğinden oluşan bir elektrik alanı ve bir potansiyel bariyeri oluşur. Engel bölgesindeki kendiliğinden oluşan elektrik alanı, N tipi bölgeden metale doğru yönelir. Termal elektron emisyonu kendiliğinden oluşan alan arttıkça, difüzyon akımının tersi yöndeki sürüklenme akımı, dinamik bir dengeye ulaşana kadar artar ve metal ile yarı iletken arasında Schottky engeli olarak bilinen bir temas potansiyeli oluşturur.
Gerilim sıfır olduğunda, elektronların difüzyon akımı ters sürüklenme akımına eşit olur ve bu da dinamik bir dengeye yol açar. İleri yönlü bir gerilim uygulanması, kendiliğinden oluşan alanı zayıflatır ve yarı iletken tarafındaki potansiyel bariyerini azaltır, böylece metalden yarı iletkene doğru bir ileri akım akmasına izin verir. Öte yandan, ters yönlü bir gerilim uygulanması, kendiliğinden oluşan alanı güçlendirir ve potansiyel bariyerinin yüksekliğini artırır, bu da yarı iletkenden metale küçük bir ters akımın akmasına neden olur. Böylece, PN bağlantı diyotu gibi, SBD de tek yönlü iletkenlik gösteren doğrusal olmayan bir cihazdır.
Modern Elektroniğinde Schottky Diyotunun Uygulamaları
Schottky diyotları, modern elektronik alanında çok çeşitli uygulama alanlarına sahiptir. En yaygın kullanım alanlarından biri, alternatif akımı doğru akıma dönüştürmek için kullanılan güç doğrultma uygulamalarıdır. Ayrıca, devredeki maksimum gerilimi sınırlayan gerilim sabitleme uygulamalarında da kullanılabilirler. Bunun yanı sıra, Schottky diyotları radyo frekansı dedektörleri ve karıştırıcılar gibi yüksek frekanslı uygulamalarda yaygın olarak kullanılmaktadır.
Schottky Diyotunun Avantajları ve Dezavantajları
Schottky diyotunun avantajları:
- Diğer diyotlara kıyasla düşük ileri voltaj düşüşü, bu da daha az güç kaybı ve daha yüksek verimlilik sağlar.
- Daha düşük bağlantı kapasitansı sayesinde diğer diyotlara göre daha hızlı anahtarlama hızı, bu da onu yüksek frekanslı uygulamalar için ideal hale getirir.
- Diğer diyotlara göre daha düşük ters geri kazanım süresi, bu da ters gerilim dalgalanmalarından kaynaklanan hasar riskini azaltır.
- Diğer diyotlara göre daha yüksek çalışma sıcaklığı aralığı, bu da onu yüksek sıcaklıklı ortamlarda kullanım için uygun hale getirir.
- Güç kaynaklarında, voltaj sabitlemede, sinyal demodülasyonunda ve diğer uygulamalarda doğrultucu olarak kullanılabilir.
Schottky Diyotunun Dezavantajları:
- Diğer diyotlara kıyasla daha düşük ters kırılma gerilimi vardır, bu da yüksek gerilim uygulamalarında kullanımını sınırlar.
- Diğer diyotlara göre daha yüksek kaçak akımı vardır, bu da düşük güç tüketimi gerektiren devrelerde sorunlara neden olabilir.
- Daha düşük ileri voltaj düşüşü nedeniyle termal kaçaklara daha duyarlıdır, bu da diyota ve çevresindeki bileşenlere zarar verebilir.
- Elektrostatik deşarja (ESD) duyarlıdır; bu durum diyota kalıcı hasar verebilir.
- Diğer diyot türlerine kıyasla yüksek gerilimli Schottky diyotların sınırlı bulunabilirliği.
Örnek:
Schottky diyotlara örnek olarak 1N5817 verilebilir. Bu diyotun ileri voltaj düşüşü 0,45 V ve maksimum ileri akımı 1 A'dır. Düzeltme, voltaj sabitleme ve düşük voltajlı devrelerdeki diğer uygulamalar için kullanılabilir. Ancak, ters kırılma voltajının daha düşük olması nedeniyle yüksek voltajlı uygulamalar için uygun olmayabilir.
Schottky Diyotu ve Normal Diyot
Schottky diyotu ile normal diyot arasındaki temel fark, kullanılan bağlantı türüdür. Normal diyotlarda P-N bağlantısı kullanılırken, Schottky diyotlarda metal-yarı iletken bağlantısı kullanılır. Bağlantı türündeki bu fark, Schottky diyotlarda daha düşük bir ileri yön gerilim düşüşünün yanı sıra daha yüksek anahtarlama hızı ve daha kısa ters yön geri kazanım süresi ile sonuçlanır.
Uygulamanıza Uygun Doğru Schottky Diyotunu Seçmek
Uygulamanız için bir Schottky diyotu seçerken dikkate alınması gereken birkaç faktör vardır. İlk faktör, diyotun iletken hale geleceği minimum gerilimi belirleyen ileri yön gerilim düşüşüdür.
İkinci faktör, diyotun ters yönde dayanabileceği maksimum gerilimi belirleyen ters gerilim değeridir.
Son olarak, üçüncü faktör, diyotun kaldırabileceği maksimum akımı belirleyen maksimum akım değeridir.
