e
sv

Yarı İletken Nedir?

54 okunma — 06 Temmuz 2021 13:29

Elektronik cihazların kullanımdaki rolleri nedeniyle yarı iletkenler hayatımızın önemli bir parçasıdır. Adından da anlaşılacağı gibi, yarı iletken, akımı ancak kısmen ileten bir malzemedir. Yarı iletken terimi ilk kez Alessandro Volta (1782) tarafından kullanılmıştır. 1833’te Michael faradays’in yarı iletken etkisini gümüş sülfürün sıcaklıkla iletkenliğinin azaldığını fark etti. Elektronikte iletkenler değerlendirilirken mevcut taşıma kapasitesine göre üç sınıfta göre değerlendirilir. Bunlar ise şöyledir; iletken, yarı iletken ve izolatörler.

İletkenler: İletkenler, bakır tel gibi mükemmel akım taşıma kapasitesine ve iyi akım akışına sahip malzemelerdir.

Yarı iletkenler: Adı gibi yarı iletkenler, akımın kısmi veya yarı iletimini veya akım taşıma kapasitesini, germanyum gibi iletken ve yalıtkan arasında gösterir.

izolatörler: Yalıtkanlar, akımı iletmeyen malzemelerdir ve ahşap gibi akım taşıma kapasiteleri olmadığı için üzerinden akım geçmesine izin vermezler. Yarı iletkenlerin nasıl çalıştığını anlamak için önce elektronların bir atomda nasıl dizildiğini ve işlediğini anlamalıyız.

İç Yarı ve Dışsal Yarı İletken

Yarı iletkenler, içsel ve dışsal yarı iletkenler olarak ikiye ayrılır. Bu tür yarı iletkenler varlıklarının doğası gereği en saf haldedir. Yarı iletken olarak silikon ve germanyum kullanılır. En dış kabuğunda yörüngede dönen dört değerlik elektronları vardır.

Elektronları atomunun yapısına bakarak daha iyi anlayabiliriz. Ancak atomun kararlı hale gelmesi için dış kabukta sekiz elektron olması gerekir.

Yarı iletken atomun nasıl ek dört elektron kazandığını ve kararlı hale geldiğini görelim.

Yukarıdaki atom zaten dört değerlik elektronuna sahiptir ve kararlı hale gelmesi için ek dört elektron gerektirir. Komşu atomu paylaşır, böylece her silikon atomunun en dış kabuğunda sekiz elektron bulunur.

Milyonlarca silikon atomu birbirine bağlanarak aşağıdaki şekildeki gibi yarı iletken bir yapı oluştururlar.

Bütün bu atomlar birbirleriyle kovalent bağ ile bağlıdır. Bu bağlar o kadar güçlüdür ki elektronlar bandı sıfır kelvinde kıramazlar, ancak sıcaklık arttıkça elektronlar ısı enerjisini emer ve bağ kırılır. Kırılan bağ elektron akımı taşımak için serbest hale gelir.

Atom boşlukları pozitif yüklü olduğundan. Burada elektronlar negatif boş delik pozitiftir yükler bulundurur.

Bu sayede komşu elektron deliğe doğru çekilir ve yerini doldurur. Böylece boş alan veya deliği önceki pozisyona eşitleyerek süreç tüm yapıda rastgele bir şekilde devam edecektir.

İç Yarı İletken

İçsel yarı iletkenin farkı

İç yarı iletken, yarı iletkenin saf bir şeklidir. Dışsal yarı iletken, bu yarı iletkenlerin iletkenliğini iyileştirmek için safsızlıkların eklenmesi işlemidir.

Dışsal yarı iletkenler ikiye ayrılır:

  • P tipi (üç değerlikli)
  • N-tipi (beş değerli)
  • N-tipi veya P-tipi yarı iletkene voltaj uygulandığında, akım normal bir iletkende akmasıyla aynıdır. Gerilimin negatif tarafı elektronları iter ve pozitif tarafı onları çeker. Sonuç, bir yarı iletkende her zaman mevcut olan rastgele elektron ve delik hareketinin tek yönde organize olması ve ölçülebilir elektrik akımı yaratmasıdır. P tipi ve N tipi transistör olarak bahsedilen olay tamda budur.

Atomun en dış kabuğunda çalışan üç elektrona üç değerlikli denir. Diğer atomda, atomun en dış kabuğunda beş atoma sahiptir, bu nedenle beş değerlidir.

Üç değerliklinin yaygın örneği bor, kalsiyum ve indiyumdur ve beş değerlikli fosforlu arseniktir.

İç yarı iletkene safsızlıklar ekleme işlemine doping denir. Bu yarı iletkenlerin iletkenliğini artırır.

Üç değerlikli durumda üç bor elektronu silikon ile üç bağ ve dördüncü silikon bağı oluşturur. Bu durumda boş alan veya delik olacaktır. Komşu elektron deliğe doğru çekilecek ve böylece önceki konumunda başka bir boş alan yaratacaktır.

Aynı anda silikon atomunun elektronları termal enerjiye ulaşır ve oda sıcaklığında kovalent bağları koparmaya devam eder. Böylece daha fazla serbest elektron yaratarak bu hareket aynı şekilde devam edecektir. Dolayısıyla bu yapıda oluşan delik sayısı elektronlara baskındır. Bu nedenle yapıya P tipi yarı iletken denir.

Dışsal Yarı İletken

N tipi beş değerlikli bir yarı iletkendir. Beş değerlikli yarı iletkenin atomik yapısında, en dıştaki kabukta beş elektrona sahip olacak silikon, kararlılığı elde etmek için sadece dört elektronun eklenmesini gerektirir.

Beş değerlikli atomda değerlik elektronu olarak fazladan bir elektrona sahibiz. Ekstra elektron nedeniyle negatif bir yük alıyoruz, bu nedenle N-tipi yarı iletken adını alır.

N tipi beş değerlikli safsızlıkların yaygın örneği fosfor ve arseniktir.

  • Site İçi Yorumlar

En az 10 karakter gerekli