2N3055 Transistörlerinde Işık Yayılımı ve Zener Kırılması Fenomeni
2N3055 transistörlerinde, özellikle arızalanmış olanlarda, belirli bir voltaj seviyesinin üzerinde akım geçişi sırasında ışık yayılımı gözlemlenebilir. Bu ışık yayılımı, klasik bir ısınma sonucu oluşan incandescens (kızgınlık) değil, yarı iletkenlerin özel bir elektriksel davranışından kaynaklanmaktadır.
Zener Kırılması ve Işık Yayılımı
Transistörün baz-kollektör birleşiminde yaklaşık 9-20 volt civarında bir gerilim uygulandığında, birleşim Zener kırılması bölgesine girer. Zener kırılması, P-N birleşimlerinde ters yönde uygulanan yüksek gerilimde elektronların enerji bariyerini aşarak akım geçirmeye başlamasıdır. Bu süreçte, yüksek enerjili elektronların hareketi sonucu ışık yayılımı meydana gelir. Bu ışık yayılımı, klasik LED ışımalarına benzer şekilde aniden ve tam parlaklıkta ortaya çıkar; yani kademeli bir parlama (fade-in) olmaz.
"Tüm P-N birleşimleri aynı anda hem LED hem de güneş paneli gibi davranabilir."
Bu fenomen, yarı iletkenlerin doğasında bulunan bir özelliktir. Zener kırılması sırasında oluşan ışık yayılımı genellikle kızılötesi spektrumda gerçekleşir, ancak bazen gözle görülebilir sarımsı veya amber renk tonlarında da olabilir.
Işık Yayılımının Kaynağı ve Doğası
Işık yayılımının tam olarak incandescens mi yoksa LED benzeri bir ışımadan mı kaynaklandığını anlamak için ışığın ortaya çıkış hızı incelenebilir. Isınmaya bağlı ışımalar, belirgin bir ısınma süresi gerektirirken, LED benzeri ışımalar neredeyse anında gerçekleşir. 2N3055 transistörlerinde gözlemlenen ışık yayılımı genellikle anlık olup, bu da Zener kırılması etkisini destekler.
Ayrıca, bu ışık yayılımı, transistörün yapısal özelliklerine bağlıdır. Orijinal 2N3055 transistörlerin silikon yapısı ve die boyutu farklılık gösterebilir ve bu durum ışık yayılımının şiddetini etkileyebilir.
Pratik ve Teorik Notlar
Zener kırılması sırasında oluşan ışık yayılımı, transistörün zarar görmüş olması durumunda daha belirgin hale gelir.
Bu ışık yayılımı, transistörün baz-kollektör birleşiminden geçen yaklaşık 300mA akım ve 20V gerilim altında gözlemlenmiştir.
Yarı iletkenlerin ışık yayma özelliği, sadece LED'lerde değil, normal diyotlarda ve hatta dirençlerde bile gözlemlenebilir.
Işık yayılımı, yüksek akım ve gerilim uygulandığında yarı iletkenlerde oluşan sıcaklık artışı ile birlikte gerçekleşebilir, ancak temel sebep Zener kırılmasıdır.
İlgili Fenomenler ve Kaynaklar
Hot carrier luminescence (sıcak taşıyıcı ışımacılığı) olarak adlandırılan bu olay, yarı iletkenlerde yüksek enerji taşıyan elektronların ışık yaymasıdır.
Avalanche breakdown (çığ kırılması) da benzer ışık yayılımına neden olabilir ve 2N3055 transistörlerinde bu etki gözlemlenmiştir.
Daha fazla görsel ve teknik detay için eevblog forumundaki transistör die fotoğrafları incelenebilir.
Sonuç
2N3055 gibi güç transistörlerinde, özellikle arızalı olanlarda, yüksek ters gerilim ve akım uygulandığında baz-kollektör birleşiminde Zener kırılması meydana gelir. Bu kırılma sırasında elektronların yüksek enerjili hareketi ışık yayılımına neden olur. Bu ışık yayılımı, klasik ısınmaya bağlı ışımadan farklı olarak aniden ortaya çıkar ve genellikle kızılötesi spektrumda gerçekleşir. Bu durum, yarı iletkenlerin elektriksel ve optik özelliklerinin karmaşık doğasını ortaya koyar ve elektronik bileşenlerin sınır durumlarda nasıl davrandığını anlamak için önemli bir örnek teşkil eder.
Kaynaklar:
