YARIILETKENLER: TÜRLERI, UYGULAMALARI VE ÖRNEKLERI - DUDAS

Yarı iletkenler seçici iletken veya örneğin sıcaklık, basınç, radyasyon ve elektrik veya manyetik alanlar gibi, maruz kaldığı dış koşullara bağlı olarak, izolasyon işlevini yerine unsurlardır.

Periyodik tabloda, aralarında silikon, germanyum, selenyum, kadmiyum, alüminyum, galyum, bor, indiyum ve karbonun öne çıktığı 14 yarı iletken element bulunur. Yarı iletkenler, orta derecede elektriksel iletkenliğe sahip kristal katı maddelerdir, bu nedenle iki kez bir iletken ve bir yalıtkan olarak kullanılabilirler.

İletken olarak kullanılırlarsa, belirli koşullar altında elektrik akımının dolaşımına izin verirler, ancak sadece tek yönde. Ayrıca iletken metaller kadar yüksek iletkenliğe sahip değildirler.

Yarı iletkenler, elektronik uygulamalarda, özellikle transistörler, diyotlar ve entegre devreler gibi bileşenlerin üretiminde kullanılır. Ayrıca, katı hal lazerleri gibi optik sensörler için aksesuar veya tamamlayıcı olarak ve elektrik güç aktarım sistemleri için bazı güç cihazları olarak kullanılırlar.

Şu anda, bu tür elemanlar hem evsel hem de endüstriyel uygulamalarda telekomünikasyon, kontrol sistemleri ve sinyal işleme alanlarındaki teknolojik gelişmeler için kullanılmaktadır.

Türleri

İçerdikleri safsızlıklara ve farklı çevresel uyaranlara fiziksel tepkilerine bağlı olarak farklı türde yarı iletken malzemeler vardır.

İçsel yarı iletkenler

Moleküler yapısı tek tip atomdan oluşan elementlerdir. Bu tür iç yarı iletkenler arasında silico ve germanyum bulunur.

İçsel yarı iletkenlerin moleküler yapısı dört yüzlüdür; yani, aşağıdaki resimde gösterildiği gibi dört çevreleyen atom arasında kovalent bağlara sahiptir.

İçsel bir yarı iletkenin her bir atomu 4 değerlik elektronuna sahiptir; yani, her atomun en dış kabuğunda yörüngede dönen 4 elektron. Sırayla, bu elektronların her biri bitişik elektronlarla bağlar oluşturur.

Bu şekilde, her atom en yüzeysel katmanında 8 elektrona sahiptir, böylece elektronlar ile kristal kafesini oluşturan atomlar arasında sağlam bir bağ oluşturur.

Bu konfigürasyon nedeniyle elektronlar yapı içerisinde kolaylıkla hareket etmezler. Bu nedenle, standart koşullar altında, içsel yarı iletkenler bir yalıtkan gibi davranır.

Bununla birlikte, içsel yarı iletkenin iletkenliği, sıcaklık yükseldiğinde yükselir, çünkü bazı değerlik elektronları ısı enerjisini emer ve bağlardan ayrılır.

Bu elektronlar serbest elektronlar haline gelirler ve eğer elektriksel potansiyeldeki bir farkla doğru bir şekilde yönlendirilirlerse, kristal kafes içindeki akımın akışına katkıda bulunabilir.

Bu durumda, serbest elektronlar iletim bandına atlar ve potansiyel kaynağın pozitif kutbuna (örneğin bir pil) gider.

Valans elektronlarının hareketi, moleküler yapıda bir vakum oluşturur, bu da sistemdeki pozitif bir yük tarafından üretilene benzer bir etkiye dönüşür, bu yüzden pozitif yük taşıyıcıları olarak kabul edilirler.

Daha sonra, bazı elektronlar iletim bandından değerlik kabuğuna düşerek bu süreçte enerjiyi serbest bırakabildiğinden, buna rekombinasyon adı verilir.

Dışsal yarı iletkenler

İçsel iletkenler içindeki safsızlıkları dahil ederek uyumludurlar; yani, üç değerlikli veya beş değerlikli elemanları dahil ederek.

Bu işlem doping olarak bilinir ve amacı malzemelerin iletkenliğini artırmak, fiziksel ve elektriksel özelliklerini iyileştirmektir.

Başka bir bileşenin bir atomu için içsel bir yarı iletken atomu ikame ederek, aşağıda ayrıntıları verilen iki tip dış yarı iletken elde edilebilir.

P tipi yarı iletken

Bu durumda, safsızlık üç değerlikli bir yarı iletken elemandır; yani, valans kabuğunda üç (3) elektron vardır.

Yapının içindeki müdahaleci unsurlara doping unsurları denir. P tipi yarı iletkenler için bu elemanların örnekleri bor (B), galyum (Ga) veya indiyumdur (In).

İçsel bir yarı iletkenin dört kovalent bağını oluşturmak için bir değerlik elektronundan yoksun olan P-tipi yarı iletken, eksik bağda bir boşluğa sahiptir.

Bu, kristalin kafese ait olmayan elektronların pozitif yük taşıyan bu delikten geçişini sağlar.

Bağ deliğinin pozitif yükü nedeniyle, bu tip iletkenler "P" harfiyle gösterilir ve bu nedenle elektron alıcıları olarak kabul edilir.

Elektronların bağdaki deliklerden akışı, serbest elektronlardan türetilen akıma ters yönde dolaşan bir elektrik akımı üretir.

N tipi yarı iletken

Konfigürasyondaki müdahaleci eleman, beş değerli elemanlar tarafından verilmektedir; yani, değerlik bandında beş (5) elektrona sahip olanlar.

Bu durumda, içsel yarı iletkene dahil edilen safsızlıklar fosfor (P), antimon (Sb) veya arsenik (As) gibi elementlerdir.

Dopantlar, bağlanacak kovalent bir bağa sahip olmayan, kristal kafes boyunca otomatik olarak hareket etmekte serbest olan ek bir değerlik elektronuna sahiptir.

Burada, elektrik akımı, katkı maddesinin sağladığı serbest elektron fazlalığı sayesinde malzeme içinde dolaşır. Bu nedenle, N-tipi yarı iletkenler elektron vericileri olarak kabul edilir.

karakteristikleri

Yarı iletkenler, ikili işlevleri, enerji verimliliği, uygulama çeşitliliği ve düşük maliyetleri ile karakterize edilir. Yarı iletkenlerin göze çarpan özellikleri aşağıda detaylandırılmıştır.

- Tepkisi (iletken veya yalıtkan), elemanın ortamdaki aydınlatma, elektrik alanları ve manyetik alanlara olan hassasiyetine bağlı olarak değişebilir.

- Yarı iletken düşük bir sıcaklığa maruz kalırsa, elektronlar değerlik bandında birleşik kalacaktır ve bu nedenle elektrik akımının dolaşımı için serbest elektron ortaya çıkmayacaktır.

Öte yandan, yarı iletken yüksek sıcaklıklara maruz kalırsa, termal titreşim elementin atomlarının kovalent bağlarının gücünü etkileyebilir ve elektrik iletimi için serbest elektron bırakabilir.

- Yarı iletkenlerin iletkenliği, içsel bir yarı iletken içindeki safsızlıkların veya katkı elemanlarının oranına bağlı olarak değişir.

Örneğin bir milyon silikon atomuna 10 bor atomu dahil edilirse, bu oran bileşiğin iletkenliğini saf silikonun iletkenliğine göre bin kat artırır.

- Yarı iletkenlerin iletkenliği, kullanılan kimyasal elementin türüne bağlı olarak 1 ile ^10-6 S.cm ^-1 aralığında değişir .

- Kompozit veya harici yarı iletkenler, içsel yarı iletkenlerin özelliklerinden önemli ölçüde daha üstün optik ve elektriksel özelliklere sahip olabilir.Bunun bir örneği, ağırlıklı olarak radyo frekansında ve optoelektronik uygulamaların diğer kullanımlarında kullanılan galyum arsenittir (GaAs).

Uygulamalar

Yarı iletkenler, entegre devreler gibi günlük hayatımızın bir parçası olan elektronik elemanların montajında hammadde olarak yaygın şekilde kullanılmaktadır.

Entegre bir devrenin ana unsurlarından biri transistörlerdir. Bu cihazlar, belirli bir giriş sinyaline göre bir çıkış sinyali (salınımlı, güçlendirilmiş veya düzeltilmiş) sağlama işlevini yerine getirir.

Ek olarak, yarı iletkenler, elektrik akımının yalnızca bir yönde geçmesine izin vermek için elektronik devrelerde kullanılan diyotların birincil malzemesidir.

Diyot tasarımı için P-tipi ve N-tipi dışsal yarı iletken bağlantılar oluşturulur.Elektron verici ve taşıyıcı elemanlar değiştirilerek her iki bölge arasında bir dengeleme mekanizması etkinleştirilir.

Böylece her iki bölgedeki elektronlar ve delikler kesişir ve gerektiğinde birbirini tamamlar. Bu iki şekilde gerçekleşir:

- Elektronların N-tipi bölgeden P bölgesine transferi gerçekleşir N-tipi bölge ağırlıklı olarak pozitif bir yük bölgesi elde eder.

- P-tipi bölgeden N-tipi bölgeye elektron taşıyan deliklerin geçişi vardır.P-tipi bölge ağırlıklı olarak negatif bir yük alır.

Son olarak, akımın sadece bir yönde dolaşımını indükleyen bir elektrik alanı oluşur; yani, N bölgesinden P bölgesine.

Ek olarak, iç ve dış yarı iletken kombinasyonlarının kullanılması, hacminin yüzlerce katını içeren bir vakum tüpüne benzer işlevler gerçekleştiren cihazlar üretebilir.

Bu tür bir uygulama, önemli miktarda elektrik enerjisini kapsayan mikroişlemci yongaları gibi entegre devreler için geçerlidir.

Yarı iletkenler, televizyonlar, video oynatıcılar, ses cihazları gibi kahverengi çizgi ekipmanı gibi günlük hayatımızda kullandığımız elektronik cihazlarda mevcuttur; bilgisayarlar ve cep telefonları.

Örnekler

Elektronik endüstrisinde en yaygın kullanılan yarı iletken silikondur (Si). Bu malzeme, günlük hayatımızın bir parçası olan entegre devreleri oluşturan cihazlarda mevcuttur.

Silikon germanyum alaşımları (SiGe), elektro gitarlar gibi elektrikli enstrümanların radarları ve amplifikatörleri için yüksek hızlı entegre devrelerde kullanılır.

Bir başka yarı iletken örneği, özellikle yüksek kazançlı ve düşük gürültü seviyeli sinyaller için sinyal yükselticilerinde yaygın olarak kullanılan galyum arsenittir (GaAs).

Referanslar

Brian, M. (nd). Yarıiletkenler Nasıl Çalışır? Elde edilen: electronic.howstuffworks.com
Landin, P. (2014). İçsel ve dışsal yarı iletkenler. Kurtarıldı: pelandintecno.blogspot.com
Rouse, M. (nd). Yarıiletken. Whatis.techtarget.com adresinden kurtarıldı
Yarıiletken (1998). Encyclopædia Britannica, Inc. Londra, İngiltere. Britannica.com'dan kurtarıldı
Wikipedia, Ücretsiz Ansiklopedi (2018). Yarıiletken. Es.wikipedia.org adresinden kurtarıldı

YARIILETKENLER: TÜRLERI, UYGULAMALARI VE ÖRNEKLERI - DUDAS - 2026