Yarı iletkenler 1

Sayın okuyucularımız yeni bir yazımızla daha sizlerleyiz.

Bu yazımızda sürekli bahsettiğimiz, ya da bu alanlarda sürekli konuşulan, elektroniğin temeli diyebileceğimiz malzemelere yani “yarı iletkenler” e değineceğiz.

Yarı iletkenler elektronik için vazgeçilmez malzemelerdir.Eğer yarı iletkenler olmasaydı ben bu yazıyı bilgisayarda yazamazdım hatta bırakın bilgisayarı daha nice elektronik alet olmayacaktı. Yarı iletkenleri incelemeden önce iletken ve yalıtkan maddelere kısaca bir bakalım.

Yarı iletken iletken mi yalıtkan mı ?

İletkenlik

İletkenlik denilen kavram elektronların o madde içinden geçebilmesidir.Yani bir madde elektronlarin geçişine hiç engel olmuyorsa ya da çok az engel oluyorsa bu madde iletkendir.Elektronlarin geçişi dedik de bu elektronlar nasıl geçiyor?

Elektronlar aslında karpuz tasır gibi elden ele taşınır. Buradaki eller atomlar, karpuzlar ise elektronlardır.Dışarıdan bir elektron geldiğinde bu elektron atomlar üstünden geçebilir.Yani ilk atoma geldiginde onun dış yörüngesine girer.Fakat iletken maddelerin atom veya moleküllerinin en dıştaki elektronu tutma kapasitesi o kadar düşüktür ki elektron hemen yan atoma ya da moleküle geçer.Bu sayede elektron, atomların üstünde adeta “kayar”.

Valans Elektron

Valans elektron değerlik elektron ile aynı kavrama denk gelir.Yükseltegenme basamağı diye de geçer.Valans elektron(lar) en dışta olduğu için atomdan ilk önce kopacak elektronlar bunlardır.

İletkenlerde, bu elektronlar çekirdeğe zayıf bir bağ ile bağlıdır.Bu sayede elektronlar çok rahat kopup başka bir atomun yörüngesine girebilir.İletkenleri iletken yapan, elektronlarını çok kolay bir şekilde verebilmesidir.E, elektron akışı akım demek ise elektriği bu tür maddeler iletmektedir.

Yalıtkanlık

Yalıtkanlar da iletkenlerin tam tersi olarak son yörüngesindeki elektronları sıkıca tutar.Bu sayede elektronlar iletilemez dolayısıyla bu maddeler elektrik akımını geçirmez.

Yarı iletkenlik

İlk başta sorduğumuz gibi hem iletken hem yalıtkan. Peki kafasına göre mi iletkenlik ve yalıtkanlık durumu değişir.Tahmin edebileceğiniz gibi burada bir rastgele durumu yok.Yarı iletkenler (semi-conductor diye de geçer) normalde yalıtkandır.Fakat biz bunları dışardan bir etki ile iletken hale getirebiliriz.Etkimizi bitirdiğimiz anda ise bu maddeler tekrar yalıtkan duruma dönerler.

Dışardan bir enerji verildiğinde ışık, elektrik gibi normalde haraketli olmayan valans elektronlardan bazılarını bırakırlar ve maddede elektron akışı mümkün hale gelir.Bu da iletkenlik demektir.Fakat biz bu etkiyi kaldırdığımızda elektronlar serbest kalamaz ve elektron akışı durur.Sanırsam iletkenliği kontrol edilebilen yalıtkan madde dersek çok da yanlış bir tanım olmaz.

Yarı iletken malzemelerin atomik yapıları

Yarı iletken olarak genellikle 4A grubundaki malzemeler kullanılır.Bu malzemelerin en çok kullanılanı silisyum ve germenyumdur.4A grubundaki elementler kendi aralarında oldukça kararlı bağ yaparlar.Her atom kararlılığa ulaşmak yani 8A grubu elementlerine benzemek için 4 adet kovelent bağ yapar.Bu sayede düzenli bir bağ sistemi kurulur.Bu yapı monokristal yapı olarak bilinir.Şeklinin aşağıdaki yapılara benzediği iddia edilmektedir.

Yarı iletken malzeme üretilmek istenirse; germenyum, silisyum gibi maddelerin atom bağ yapıları monokristal yapıya çevrilmelidir.Bunun için bazı teknikler vardır fakat biz bunlara değinmeyeceğiz.

1. Şekilde görüldüğü gibi her atom 4 bağ yapmıştır.Her bağda 2 elektron olduğundan her atomun son yörüngesinde 8 elektron vardır.Ve atomların hepsi kararlıdır ve elektriği iletmez.

Elektronik malzeme yapımında yarı iletken kullanımı

Transistörlerde, diyotlarda, entegrelerda ve gördüğümüz çoğu elektronik malzemede yarı iletkenler vardır.Fakat bu yarı iletkenler saf olarak kullanılamazlar.Örneğin monokristal haldeki bir silisyum transistör yapımında kullanılamaz.Bunun için saf silikon (silisyum) bazı işlemlerden geçirilir.Silikonun yanında germenyum da sıkça kullanılmaktadır.Sonuçta 2 tip malzeme üretilir.Elektronikte sıkça duyduğumuz malzemelerin adları N ve P dir.

N ve P malzemelerinin elde edilişi

P ve N malzemelerinin temelinde monokristal yapıdaki yarı iletkenler vardır.Bu yarı iletkenlere gerekli tekniklerle başka maddeler katılır ve katılan maddeye göre P ve N tipi madde elde edilir.

N tipi malzeme elde edilişi

N tipi malzeme için monokristal yapıdaki malzemeye 5A grubu elementler katılır.5A grubu elementlerin 5 tane Valans elektronu vardır.4 elektron etraftaki silisyum veya germenyum atomuyla bağ yapar.Fakat 5 elektron sanki boştaymış gibi 5A grubu elementinin yörüngesinde kalır.Bu sayede N tipi malzemenin içinde çok kolay şekilde serbest hale geçebilecek elektronlar bulunur.Elektron fazlalığından dolayı Negatif yüke sahip olduğundan N tipi adı verilmiştir.Aşağıdaki şekilde 5A grubu elementi olan Arseniğin Germenyuma katılmış hali gözükmektedir.

Normaldeki şekli buna pek benzemese de umarım şekil olayı anlatabilmiştir. N tipi malzemelerde elektrik akımı fazla gözüken elektron ile iletilir.

P tipi malzeme elde edilişi

P tipi malzeme de ise katılan elementler 3A grubu elementleridir.Bu elementler de 4A grubu elementleriyle bağ yaptıklarında 7 elektrona sahip olurlar.Yani sanki bir elektron boşlukları varmış gibi davranırlar.P tipi mazlemelerde ise elektrik akımı yani elektronlar bu boşluklardan geçerler.Yani bir atomun boşluğuna elektron bağlanır sonra komşu atoma geçer ve böylece elektron akışı sağlanmış olur.Akım sanki boşluklardan geçiyormuş gibi görülür.

Bu yüzden P tipi malzemelerde akımı boşluklar taşır denir.Bu tür malzemelerin elektronu eksik olduğundan pozitif özellik gösterilir.P adı burdan gelmektedir.Aşağıdaki sembolik yapıya benzer bir yapı vardır.

Yarı iletken malzemeler hakkında umarım bir şeyler anlatabilmişimdir.Yazının devamında buluşmak üzere.Bir dahaki yazımızda P ve N yi birleştirip elektronik parçalar üreteceğiz. Görüşmek üzere…