Schottky Diyot Nedir?

Güç elektroniğinde kullanılan ve güç diyot çeşitlerinden birisi de Schottky diyottur. Schottky diyot nedir? Ne işe yarar?

Schottky Diyot

Schottky diyot nedir: Schottky diyodu, güç elektroniği elemanı olarak bilinirken aynı zamanda sıcaklık taşıyıcı diyot olarak da bilinir. Alman fizikçi Walter H. Schottky tarafından bulunmuştur.

Schottky diyot birleşimindeki elektronlar için potansiyel enerji bariyeri anlamına gelir. Bir yarı iletken ile bir metal bileşkesi tarafından oluşan yarı iletken diyot çeşitleri arasındadır. Tek yönde akımları ileten tek taraflı bir aygıttır (metalden yarı iletkene konvansiyonel akım akışı) ve diğerinde kısıtlayıcıdır.

Düşük seviyede ileri gerilim düşümü ve çok hızlı anahtarlama gibi etkisine sahiptir. Bundan dolayı Schottky diodu diğer diyotlardan ayırıcı bir özellik haline getirir. Schottky diyot (şotki diyot) ilk olarak doğrultucu bir devrede güç elemanı olarak kullanılmıştır.

Schottky Diyot Yapısı 

Diyotun yapısı farklı bir görünüşe sahip ve şekilde olduğu gibidir. Yapısında az bir oranda katkılandırılmış (N tipi) silisyum (Si) bulunur. Bu yarı iletken malzemeye yüzey teması uygulayan bir metal (genellikle gümüş, altın veya platin) bulunmaktadır. Bu diyot yapımında P tipi madde kullanılmaz. Bunun için ileri yönde polarma altında valans bandı iletimi yalnız N tipi madde’ de ve metal iletim bandı’ nda meydana gelir.

Bu Schottky bariyeri, hem çok hızlı anahtarlama hem de düşük forward voltaj düşüşüne neden olur. İletime geçme hızlarının yüksek olması bu nedenden dolayıdır. Schottky diyotlar nokta temaslı diyotlar gibidir. Yani yarı iletken kristalinin ve yarı metalin birleştirilmesi sonucu elde edilmiştir. Ancak Schottky diyotlar jonksiyon diyot tipindedir.

N tipi maddeki elektronların enerji seviyeleri metale göre daha düşük seçilir. Bundan dolayı diyodun iletime geçmesi için ileri yön gerilimine ihtiyaç duyulur. Bu sayede ileri yön polarması diyot üzerinden kalktığında, birleşim yüzeyinin yüksek seviyede şarj tutmasına mani olunur. Böylece diyot çok hızlı bir şekilde iletim durumundan kesim durumuna geçebilir.

Normal diyotların aksine bir yapı olarak, metal – yarı iletken arasındaki bağlantıya Schottky bariyeri denir. Metal kısım anot, yarı iletken kısım da katot gibi davranır. Schottky bariyeri sayesinde de hızlı anahtarlama sağlanır. Metal – yarı iletken bağlantısındaki kombinasyonun çeşidine göre diyodun ileri yön gerilim ihtiyaç seviyesi de değişir. Ayrıca N tipi malzemenin ve metalin yapısının da tüm bu gerilimlere ve anahtarlama hızına direkt olarak etkisi bulunmaktadır.

Schottky diyotların, birleşim yüzeyi platin ile kaplanmıştır. Birleşme yüzeyindeki yalıtkan tabakayı inceltmekte ve bu durumda diyotun iletim veya yalıtıma geçme hızı artmaktadır. Bu diyotlar daha çok düşük gerilim yüksek akımlı dönüştürücü devrelerinde anahtar olarak kullanılır. Aynı zamanda normal güç devrelerinde koruma elemanı olarak kullanımları yaygındır.

Schottky Diyot Çalışma Prensibi

Çalışma prensipleri; normal diyotlar ile benzerlik gösterir. Güç kayıpları çok az, gerilim ve akım değerleri normal ve hızlı diyotlara göre daha düşüktür. Dezavantajı olarak normal diyotlardan daha fazla ters yönde akım geçirdiği söylenebilir. Schottky diyotlarda N-Metal birleşimi kullanılması sayesinde çok düşük geçiş zamanı vardır. Dolayısıyla da çok yüksek çalışma frekansı elde edilir. Bununla beraber, N-Metal birleşiminin ters polarmada sızıntı akım seviyesinin oldukça yüksektir. Bu da olması en önemli dezavantajlarıdır.

Yeterli ileri voltaj uygulandığında, ileriye doğru bir akım akar. Çok hızlı olarak iletime geçen, iletimi kesen diyotlardır. ( 10 MHz ve daha üstü frekanslarda ). Ayrıca Schottky diyotların iletime geçme gerilimleri çok düşüktür.

Silikon diyotlarda üzerinden akım  geçerken diyot üzerine düşen gerilim 0,6-0,7 V arasında değişir. Schottky diyotlarda ise bu gerilim değeri 0,15- 0,45V arasında değişir. Bundan dolayı çok daha hızlı bir anahtarlama sağlanır ve sistemin verimliliği de aynı oranda artar. Schottky diyotlar doğru polarmada 0.25 volt değeriyle bile iletime geçebilirler.

Değme düzeyi (jonksiyon) direnci çok küçüktür. Ters yöne doğru akan azınlık taşıyıcıları çok az olduğu için ters yön akımı küçüktür. Bu sebeple de gürültü seviyeleri düşük ve verimleri yüksektir. Çalışma gerilimleri 100V civarında çalışma akımları ise 250-300A seviyelerine kadar çıkmaktadır. Diyot çevresinde bir elektrik alan da oluşabilir. Bu elektrik alan ters bozulma voltajı için limitleri belirler.

Shockley (Dört Bölgeli) Diyotlar (şokley, PNPN, dört tabaka, 4D diyotlar) 

Şokley diyotlar dört yarı iletkenin birleşmesinden meydana gelen elemanlardır. Shockley diyotlar doğru polarma altında çalışırken uçlarına uygulanan gerilim iletim seviyesine erişinceye kadar, ters polarize edilmiş normal diyot gibi çalışırlar.

Uygulanan gerilim yükselerek iletim gerilimi düzeyine eriştiğinde  ise diyot aniden iletime geçerken, diyot üzerinde düşen gerilim de azalmaya başlar. Gerilim belirli bir değere düşünce, yeniden yükselmeye başlar. Bu noktadaki gerilime “tutma gerilimi” adı verilir.

4D diyotu tutma geriliminden sonra, gerilimini ve akımını arttırarak düz polarmalı normal diyot gibi çalışması sağlanır.

Diğer bir ifadeyle 4D diyotlar çalışmaya başladığında ters polarmalı normal diyotlar gibi, tutma geriliminden sonra düz polarmalı normal diyotlar gibi çalışırlar. Bu iki çalışma noktası arasında gerilim düşerken akımın arttığı bir karakteristik gösterirler. Shockley diyot özellikleri sebebiyle, hafıza devreleri, darbe jeneratörleri vb. de kullanılmaktadır.

Ters Düzelme Karakteristiği 

Schottky diyot ve normal diyot arasındaki fark ters düzelme zamanı ve karakteristiğidir. İletim halinde iken iletimi durdurulan diyotta ters düzelme zamanı 100 nano (n) saniye  civarındadır.

Schotty diyotta ise bu durum 100 piko saniye olarak ölçülebilir. Bu süre büyük güçler ile çalışan Schottky diyotlarda ise 10 nano saniye civarlarında ölçülür. Schottky diyot, P-N bağlantısının verdiği yavaşlıktan kurtulmuştur. Bu sayede kapasitif bir şekilde ve daha hızlı olarak ters düzelme eğrisini tamamlamış olur.

Elektronik dünyasında Schottky diyotlara yarı iletkenler için çoğunluk taşıyıcısı da denir. N tipi taşıyıcılar (mobil elektronlar) da önem taşır. Çoğunluk taşıyıcıları metal yüzeyi aştıktan sonra N tipi yarı iletken malzemeye ulaşırlar. Schottky diyot ile bu işlemler çok daha hızlı gerçekleşmektedir. bu tip diyotlar hızlı anahtarlama gerektiren sistemlerde devre  elemanları olarak tercih edilirler.

Kullanım Alanları 

Schottky diyotlar iki ayrı elemandan oluştuğu için dirençleri (lineer) değildir. Dirençlerin düzgün olmamasından daha çok mikrodalga alıcılarında karıştırıcı olarak görev yaparlar.

Bipolar transistör TTL tabanlı 74LS (düşük güç Schottky) ve 74S (Schottky) lojik devreler de kullanılır. BJT’nin sert doygunluğa girmesini önler. Schottky diyodu BJT’nin geçiş süresini doygunluktan kesime indirger.

Schottky diyotlar yüksek anahtarlama hızına ihtiyaç duyulan sistemlerde doğrultma amacı ile kullanılır. Bilgisayar ve radyo frekans (RF) devreleri gibi.

Modülatörler, demodülatörler, dedektörler ve mikrodalga  gibi yüksek frekanslı sistemlerde kullanılır. Bu elemanların bataryalarının hızlı boşalmasını engellemek için kullanılır.

Güneş pillerinde, kurşun-asitli bataryalarda, bağımsız foto voltaik sistemlerde kullanılır. Ayrıca anahtar modlu güç kaynaklarında kullanılırlar.

Schottky diyot un yüksek miktarda akım yoğunluğu özelliği vardır. Bu özelliğinden dolayı voltaj kelepçesi gibi uygulamalarda kullanılır. Transistör’ün saturasyona (doyum) uğramasını engellemek için kullanılır.