Yarı iletken nedir?

 

Yarı iletken bir malzeme, metalik bakır gibi bir iletken ile cam gibi bir yalıtkan arasında düşen bir elektriksel iletkenlik değerine sahiptir. Sıcaklığı arttıkça direnci düşer; metaller tam tersi şekilde davranır. İletken özellikleri, kristal yapıya safsızlıklar (\"doping\") dahil edilerek faydalı şekillerde değiştirilebilir. Aynı kristalde iki farklı katkılı bölge bulunduğunda, bir yarı iletken bağlantı oluşturulur. Elektronları, iyonları ve elektron deliklerini içeren yük taşıyıcıların bu kavşaklardaki davranışı diyotların, transistörlerin ve çoğu modern elektroniğin temelidir. Bazı yarı iletken örnekleri, silikon, germanyum, galyum arsenit ve periyodik tablodaki \"metaloid merdiven\" olarak adlandırılan elementlerin yakınındaki elementlerdir. Galyum arsenit, silikondan sonra en yaygın ikinci yarı iletkendir ve lazer diyotlarında, güneş pillerinde, mikrodalga frekanslı entegre devrelerde ve diğerlerinde kullanılır. Silikon, çoğu elektronik devreyi imal etmek için kritik bir unsurdur.

 

Yarı iletken cihazlar, akımı bir yönde diğerine göre daha kolay geçirme, değişken direnç gösterme ve ışığa veya ısıya duyarlı olma gibi bir dizi faydalı özellik gösterebilir. Bir yarı iletken malzemenin elektriksel özellikleri, doping ve elektrik alanları veya ışık uygulaması ile değiştirilebildiğinden, yarı iletkenlerden yapılmış cihazlar amplifikasyon, anahtarlama ve enerji dönüşümü için kullanılabilir.

 

 

Çok sayıda element ve bileşik, aşağıdakiler de dahil olmak üzere yarı iletken özelliklere sahiptir:

 

 

 

• l Belirli saf elementler periyodik tablonun 14. grubunda bulunur; bu elementlerin ticari olarak en önemlileri silisyum ve germanyumdur. Silisyum ve germanyum, en dış kabuklarında 4 değerlik elektronuna sahip oldukları için burada etkili bir şekilde kullanılır, bu da onlara aynı anda eşit olarak elektron kazanma veya kaybetme yeteneği verir.

 

• l İkili bileşikler, özellikle galyum arsenit gibi grup 13 ve 15\'teki elementler, grup 12 ve 16, grup 14 ve 16 ve farklı grup-14 elementler arasında, örn. silisyum karbür.

 

• l Belirli üçlü bileşikler, oksitler ve alaşımlar.

 

• l Organik bileşiklerden yapılmış organik yarı iletkenler.

 

• l Yarı iletken metal-organik çerçeveler.

 

 

 

yarı iletken malzemeler

 

Katı hal malzemeleri genellikle üç sınıfa ayrılır: yalıtkanlar, yarı iletkenler ve iletkenler. (Düşük sıcaklıklarda bazı iletkenler, yarı iletkenler ve yalıtkanlar süper iletkenler haline gelebilir.) Şekil, üç sınıfın her birinde bazı önemli malzemelerle ilişkili iletkenlikleri σ (ve karşılık gelen dirençleri ρ = ​​1/σ) göstermektedir. Erimiş kuvars ve cam gibi yalıtkanlar, santimetre başına 10−18 ila 10−10 siemen mertebesinde çok düşük iletkenliğe sahiptir; ve alüminyum gibi iletkenler, tipik olarak santimetrede 104 ila 106 siemens gibi yüksek iletkenliğe sahiptir. Yarı iletkenlerin iletkenlikleri bu uçlar arasındadır ve genellikle sıcaklığa, aydınlatmaya, manyetik alanlara ve çok küçük miktarlardaki safsızlık atomlarına karşı hassastır. Örneğin, bir milyon silikon atomu başına yaklaşık 10 atom boron (bir katkı maddesi olarak bilinir) eklenmesi, elektrik iletkenliğini bin kat artırabilir (önceki şekilde gösterilen geniş değişkenliği kısmen hesaba katar).

 

Yarı iletken malzemelerin incelenmesi 19. yüzyılın başlarında başladı. Elemental yarı iletkenler, periyodik tablonun IV. sütununda silisyum (Si), germanyum (Ge) ve kalay (Sn) ve VI. sütunda selenyum (Se) ve tellür (Te) gibi tek tür atomlardan oluşanlardır. Bununla birlikte, iki veya daha fazla elementten oluşan çok sayıda bileşik yarı iletken vardır. Örneğin, galyum arsenit (GaAs), sütun III\'teki galyum (Ga) ile sütun V\'deki arsenik (As)\'nin bir kombinasyonu olan ikili bir III-V bileşiğidir. Üçlü bileşikler, üç farklı sütundan elementlerle oluşturulabilir— örneğin, bir II-III-VI bileşiği olan cıva indiyum tellürid (HgIn2Te4). Aynı zamanda, hem Al hem de Ga\'nın sütun III\'ten olduğu ve x alt simgesinin bileşimi ile ilgili olduğu üçlü bir III-V bileşiği olan alüminyum galyum arsenit (AlxGa1 - xAs) gibi iki sütundan elementler tarafından oluşturulabilirler. yüzde 100 Al (x = 1) ile yüzde 100 Ga (x = 0) arasındaki iki element. Saf silikon, entegre devre uygulamaları için en önemli malzemedir ve III-V ikili ve üçlü bileşikler, ışık emisyonu için en önemlisidir.

 

 

 

 

Yarı İletkenler Nasıl Çalışır?

 

 

Günümüzde çoğu yarı iletken çip ve transistör silikondan yapılmıştır. \"Silikon Vadisi\" ve \"silikon ekonomisi\" gibi ifadeler duymuş olabilirsiniz ve bu yüzden -- silikon herhangi bir elektronik cihazın kalbidir.

Bir diyot, mümkün olan en basit yarı iletken cihazdır ve bu nedenle yarı iletkenlerin nasıl çalıştığını anlamak istiyorsanız mükemmel bir başlangıç ​​noktasıdır. Bu makalede, yarı iletkenin ne olduğunu, dopingin nasıl çalıştığını ve yarı iletkenler kullanılarak bir diyotun nasıl oluşturulabileceğini öğreneceksiniz. Ama önce silikona yakından bakalım.

Silikon çok yaygın bir elementtir - örneğin, kum ve kuvarstaki ana elementtir. Periyodik tabloda \"silisyum\" a bakarsanız, alüminyumun yanında, karbonun altında ve germanyumun üstünde olduğunu göreceksiniz.

Karbon, silikon ve germanyum (silikon gibi almanyum da bir yarı iletkendir) elektron yapılarında benzersiz bir özelliğe sahiptir - her birinin dış yörüngesinde dört elektron vardır. Bu onların güzel kristaller oluşturmalarını sağlar. Dört elektron, dört komşu atomla mükemmel kovalent bağlar oluşturarak bir kafes oluşturur. Karbonda kristal formu elmas olarak biliyoruz. Silikonda kristal form gümüşi, metalik görünümlü bir maddedir.

Bir silikon kafeste, tüm silikon atomları dört komşuya mükemmel bir şekilde bağlanır ve elektrik akımını iletmek için serbest elektron bırakmaz. Bu, bir silikon kristalini iletken yerine yalıtkan yapar.

Metaller, genellikle atomlar arasında kolayca hareket edebilen \"serbest elektronlara\" sahip olduklarından ve elektrik elektron akışını içerdiğinden, elektriği iyi iletme eğilimindedir. Silikon kristalleri metalik görünse de aslında metal değildirler. Bir silikon kristalindeki tüm dış elektronlar mükemmel kovalent bağlarla ilgilidir, bu nedenle hareket edemezler. Saf bir silikon kristali neredeyse bir yalıtkandır - içinden çok az elektrik geçer.

Ancak tüm bunları doping adı verilen bir süreçle değiştirebilirsiniz.