Yarı İletkenler
Elektrik akımının bir değere kadar akmasına izin vermeyen bu değerden sonra sonsuz küçük direnç gösteren maddelerdir.
Yarı iletkenler periyodik cetvelde 3. ve 5. gruba girerler. Bu demektir ki son yörüngelerinde elektron alıcılığı veya vericiliği iletkenden az, yari iletkenden fazla olmali
İletkenler: Pt, Ni, Au, Cu, Al, Fe...........
Yalıtkan: Ebonit, Cam, Tahta, Su..........
Yarı iletkenler: S, Ge, Br, Al, In(indiyum)........
Kısmen Dolu bant ile iletkenlik şeridi çakışmışsa iletkendirler
DB ile BŞ birbirine yaklaştığı zaman iletken hale gelir.
Eğer yarı iletkenlere belirli bir gerilim uygulanırsa YAE yok edilir ve bağlama şeridi ile iletkenlik bandı bitişir ve iletkenleşir
İletken, Yalıtkan ve Yarı İletkenler
Yeryüzündeki bütün maddeler, atom 'lar dan oluşmuştur.
Atom ise ortada bir çekirdek ve bunun etrafındaki değişik yörüngelerde hareket eden elektronlardan oluşmaktadır.
Elektronlar, negatif elektrik yüküne sahiptirler.
Bir etkime yolu ile atomdan ayrılan elektronların bir devre içerisindeki hareketi, elektrik akımını oluşturur.
Elektronların her madde içerisindeki hareketi aynı değildir.
Elektron hareketine göre maddeler üçe ayrılır:
İletkenler
Yalıtkanlar
Yarı iletkenler
İletkenler
İletkenlerin başlıca özellikleri:
Elektrik akımını iyi iletirler.
Atomların dış yörüngesindeki elektronlar atoma zayıf olarak bağlıdır. Isı, ışık ve elektriksel etki altında kolaylıkla atomdan ayrılırlar.
Dış yörüngedeki elektronlara Valans Elektron denir.
Metaller, bazı sıvı ve gazlar iletken olarak kullanılır.
Metaller, sıvı ve gazlara göre daha iyi iletkendir.
Metaller de, iyi iletken ve kötü iletken olarak kendi aralarında gruplara ayrılır.
Atomları 1 valans elektronlu olan metaller, iyi iletkendir. Buna örnek olarak, altın, gümüş, bakır gösterilebilir.
Bakır tam saf olarak elde edilmediğinden, altın ve gümüşe göre biraz daha kötü iletken olmasına rağmen, ucuz ve bol olduğundan, en çok kullanılan metaldir.
Atomlarında 2 ve 3 valans elektronu olan demir (2 dış elektronlu) ve alüminyum (3 dış elektronlu) iyi birer iletken olmamasına rağmen, ucuz ve bol olduğu için geçmiş yıllarda kablo olarak kullanılmıştır.
Yalıtkanlar
Elektrik akımını iletmeyen maddelerdir.
Bunlara örnek olarak cam, mika, kağıt, kauçuk, lastik ve plastik maddeler gösterilebilir.
Elektronları atomlarına sıkı olarak bağlıdır.
Bu maddelerin dış yörüngedeki elektron sayıları 8 ve 8 'e yakın sayıda olduğundan atomdan uzaklaştırılmaları zor olmaktadır.
Yarı İletkenler
Yarı iletkenlerin başlıca şu özellikleri vardır:
İletkenlik bakımından iletkenler ile yalıtkanlar arasında yer alırlar,
Normal halde yalıtkandırlar.
Ancak ısı, ışık ve magnetik etki altında bırakıldığında veya gerilim uygulandığında bir miktar valans elektronu serbest hale geçer, yani iletkenlik özelliği kazanır.
Bu şekilde iletkenlik özelliği kazanması geçici olup, dış etki kalkınca elektronlar tekrar atomlarına dönerler.
Tabiatta basit eleman halinde bulunduğu gibi laboratuarda bileşik eleman halinde de elde edilir.
Yarı iletkenler kristal yapıya sahiptirler. Yani atomları kübik kafes sistemi denilen belirli bir düzende sıralanmıştır.
Bu tür yarı iletkenler, yukarıda belirtildiği gibi ısı, ışık, etkisi ve gerilim uygulanması ile belirli oranda iletken hale geçirildiği gibi, içlerine bazı özel maddeler katılarak ta iletkenlikleri arttırılmaktadır.
Katkı maddeleriyle iletkenlikleri arttırılan yarı iletkenlerin elektronikte ayrı bir yeri vardır. Bunun nedeni elektronik devre elemanlarının üretiminde kullanılmalarıdır.
Elektroniğin iki temel elemanı olan diyot ve transistörlerin üretiminde kullanılan germanyum (Ge) ve silikon (Si) yarı iletkenleri gelecek bölümde daha geniş olarak incelenecektir.
Germanyum ve silikon periyodik tabloda yer alan iki elementtir.
Çoğu ülke periyodik tabloyu kendi dillerinde hazırlamaktadır.
Ülkemizde ise, bazı terimler gelişmiş ülke dillerinden alınarak Türkçe 'ye uyarlama yoluna gidilmiştir.
Germanyum adı, en çok kullanılan, İngilizce, Almanca ve Fransızca dillerinde "Germanium" olarak yazılmakta ve "germanyum" olarak okunmaktadır. Türkçe 'ye de "germanyum" olarak alınmış ve herkesçe de benimsenmiştir.
Silikon 'da durum farklıdır.
Silikon yabancı dillerde şöyle yazılmakta ve okunmaktadır:
İngilizce 'de; Silicon (Silikon)
Almanca 'da; Silikon (silikon)
Fransızca 'da; Silicium (silisyum)
Türkçe de ise yararlanılan yabancı kaynaktan esinlenerek kimilerince silikon, kimilerince de silisyum denmiştir.
Enerji Seviyeleri ve Bant Yapıları
Bilindiği gibi elektronlar, atom çekirdeği etrafında belirli yörüngeler boyunca sürekli dönmektedir. Bu hareket, dünyanın güneş etrafında dönüşüne benzetilir.
Hareket halindeki elektron, şu iki kuvvetin etkisi ile yörüngesinde kalmaktadır:
Çekirdeğin çekme kuvveti
Dönme hareketi ile oluşan merkezkaç kuvveti
Enerji Seviyeleri
Hareket halinde olması nedeniyle her yörünge üzerindeki elektronlar belirli bir enerjiye sahiptir.Eğer herhangi bir yolla elektronlara, sahip olduğu enerjinin üzerinde bir enerji uygulanırsa, ara yörüngedeki elektron bir üst yörüngeye geçer.Valans elektrona uygulanan enerji ile de elektron atomu terk eder.Yukarıda belirtildiği gibi valans elektronun serbest hale geçmesi, o maddenin iletkenlik kazanması demektir.
Valans elektronlara enerji veren etkenler:
Elektriksel etki
Isı etkisi
Işık etkisi
Elektronlar kanalıyla yapılan bombardıman etkisi
Manyetik etki
Ancak, valans elektronları serbest hale geçirecek enerji seviyeleri madde yapısına göre şöyle değişmektedir:
İletkenler için düşük seviyeli bir enerji yeterlidir.
Yarı iletkenlerde oldukça fazla enerji gereklidir.
Yalıtkanlar için çok büyük enerji verilmelidir.
Bant Yapıları
Maddelerin iletkenlik dereceleri, en iyi şekilde, aşağıda açıklandığı gibi, bant enerjileri ile tanımlanır.
Valans bandı enerji seviyesi:
Şekil 2.1 'de görüldüğü gibi her maddenin, valans elektronlarının belirli bir enerji seviyesi vardır. Buna valans bandı enerjisi denmektedir.
İletkenlik bandı enerji seviyesi:
Valans elektronu atomdan ayırabilmek için verilmesi gereken bir enerji vardır. Bu enerji, iletkenlik bandı enerjisi olarak tanımlanır.
İletkenlerde iletim için verilmesi gereken enerji:
İletkenlerin, Şekil 2.1.(a) 'da görüldüğü gibi, valans bandı enerji seviyesi ile iletkenlik bandı enerji seviyesi bitişiktir. Bu nedenle verilen küçük bir enerjiyle, pek çok valans elektron serbest hale geçer.
Yarı iletkenlerde iletim için verilmesi gereken enerji:
Yarı iletkenlerin valans bandı ile iletkenlik bandı arasında Şekil 2.1.(b) 'de görüldüğü gibi belirli bir boşluk bandı bulunmaktadır. Yarı iletkeni, iletken hale geçirebilmek için valans elektronlarına, boşluk bandınınki kadar ek enerji vermek gerekir.
Yalıtkanlarda iletim için verilmesi gereken enerji:
Yalıtkanlarda ise, Şekil2.1.(c) 'de görüldüğü gibi oldukça geniş bir boşluk bandı bulunmaktadır. Yani elektronları, valans bandından iletkenlik bandına geçirebilmek için oldukça büyük bir enerji verilmesi gerekmektedir.
Etiketler : Yarı İletken Bobinler, İletken, Yarı İletken, Enerji Seviyeleri ve Bant Yapıları
