Yarı İletken Malzeme Örneği

Elektrik akımını iletme yeteneklerine göre malzemeler üç kategoriye ayrılır: İletkenler, Yalıtkanlar ve Yarı İletkenler. İletkenlerin en belirgin örnekleri bakır Cu, alüminyum Al ve gümüş Ag gibi metallerdir; ve yalıtkanlardan polimerler ve cam. Üçüncü sınıf aşağıda tartışılacaktır: yarı iletkenler.

Yarı iletkenlerin elektriksel özellikleri, yalıtkanların ve iletkenlerinkiler arasındadır.Silisyum Si ve Germanyum Ge, çeşitli elektronik cihazların imalatında sıklıkla kullanılan yarı iletkenlerin iyi bilinen örnekleridir.. Yarı iletkenlerin elektriksel özellikleri, malzemelere kontrollü miktarlarda yabancı atomlar eklenerek, birkaç büyüklük sırası ile değiştirilebilir.

Yarı iletkenler düşük sıcaklıklarda yalıtkan gibi davranırlar, ancak bu artırılırsa iletken gibi davranırlar. İletkenliğin bu ikiliği, malzemenin değerlik elektronlarının ilgili çekirdeklerine gevşek bir şekilde bağlı olmasından kaynaklanmaktadır. atomik, ancak yeterli değil, böylece sıcaklıktaki artış, atomun atomun atomik kafesi boyunca dolaşmasına izin verecek. malzeme. Bir elektron bir atomdan ayrılır ayrılmaz, yerinde kafeste dolaşan başka bir elektron tarafından doldurulabilecek bir boşluk bırakır.

Bu, son seviyelerinde dört değerlik elektronuna sahip olan daha önce bahsedilen kimyasal elementler olan Silicon Si ve Germanyum Ge'nin durumudur. Yarı iletken malzemeye enerji eklemek için ısı transferine ek olarak ışık da uygulanabileceği unutulmamalıdır.

Yarı iletken malzemelerin davranışını daha iyi anlamak için Bantlar Teorisi kullanılacaktır.

Bant Teorisi

 kavramı Değerlik elektronlarının sahip olduğu birikmiş enerji olan Valencia bandı.

Ek olarak, bu teori aşağıdakilerin tanımını ele alır: İletim Bandı, elektronların atomlarından çekmek zorunda oldukları birlikte enerjidir. İletim bandındaki elektronlar, onları iki nokta arasında hareket ettiren bir elektrik gerilimi varsa malzeme içinde dolaşabilir.

İki Banda dayanarak, İletken, Yalıtkan ve Yarı İletken durumları, ikincisi için bir perspektife sahip olmak için incelenecektir.

Bir İletken için Valencia Bandının Enerjisi İletim Bandının elektronlarından daha büyüktür. Bantlar üst üste binecek ve birçok Valencia elektronu İletim üzerine çok kolay bir şekilde ve dolayısıyla ortada dolaşım seçeneği ile yerleştirilecek şekilde.

Bir Yalıtkan için ise, İletim Bandının Enerjisi, Valencia Bandının Enerjisinden çok daha büyüktür. Burada Valensiya Bandı ile İletim Bandı arasında bir boşluk vardır, böylece Valencia elektronları boş olacak İletim Bandına erişemez. Bu nedenle yalıtkan iletken değildir. Sadece yüksek sıcaklıklarda bu malzemeler iletken olabilir.

Yarı İletkenler söz konusu olduğunda, İletim Bandı hala Valencia Bandından daha büyüktür, ancak ikisi arasındaki boşluk oldukça küçüktür, Böylece enerjik bir artışla Valencia elektronları İletim Bandına atlar ve ortam içinde dolaşabilir. Bir elektron Valencia Bandından İletim Bandına atladığında, Valencia Bandında da bir elektrik akımı taşıyıcısı olarak kabul edilen bir yumurta bırakır.

Yarı iletkenlerde iki tip elektrik akımı taşıyıcısı ayırt edilir: negatif yüklü elektronlar ve pozitif yüklü delikler.

Yarı İletken Türleri 

Saflıklarına göre iki yarı iletken sınıfı vardır. Saf hallerinde Yarı İletken Malzemeler, İç Yarı İletkenler olarak bilinir; ve her milyonda bir parçacık gibi saf ama çok küçük oranlarda yabancı maddelerle kirlenmiş Dışsal Yarı İletkenler vardır.

Bu kontaminasyon sürecine Doping denir ve bu da iki tipte kendini gösterir.

İlk Doping türü Tip N'dir., hangi malzeme değerlik 5 atom ile kirlenmiştirFosfor P, Arsenik As veya Antimon Sb gibi.Beşinci değerlik elektronunu yapısına dahil ederek dört değerlikli atomlar, kararlı bir yer bulamadan yarı iletken malzemede dolaşmaya zorlanır. Yerleştirilmek. Bu hatalı elektronların kümesine Çoğunluk Elektronları denir.

İkinci tip Doping, Tip P'dir., hangi yarı iletken malzeme, 3 değerlik atomları ile kirlenmiştir., örneğin Boron B, Galyum Ga veya İndiyum In. Bu atom malzemeye dahil edilirse, bir elektronun gitmesi gereken bir delik vardır. Delik, sanki bir pozitif yük taşıyıcısıymış gibi, malzemenin yapısı boyunca kolayca hareket eder. Bu durumda, delikler Çoğunluk Taşıyıcısıdır.

Yarı İletken Uygulaması: Diyot

Diyot, biri N tipi diğeri P tipi olan iki dış yarı iletken kristalin birleşmesinden oluşan elektronik bir bileşendir. Bunları birleştirerek, fazla N-tipi elektronların bir kısmı P-tipi kristale geçer ve P-tipi deliklerin bir kısmı N-tipi kristale geçer. Kavşakta, bir elektrik alanı gibi davranan bir elektrik alanına sahip olan Geçiş Bölgesi adı verilen bir şerit oluşturulur. Bölge N'den Bölge P'ye daha fazla elektronun ve Bölge P'den Bölge'ye deliklerin geçişine karşı koyan bariyer N.

Bir Diyot bir aküye bağlandığında, iki farklı durum oluşur: İleri Eğilim ve Geri Eğilim.

Doğrudan Polarizasyonda, pozitif kutup kristal P'ye ve negatif kutup kristal N'ye bağlanır. Bu, geçiş bölgesini çok daha dar hale getirir, bariyeri kırar ve akımın serbest geçişine izin verir. Bu durumda Diyot İletkendir.

Ters Polarizasyonda, pozitif kutup kristal N'ye ve negatif kutup kristal P'ye bağlanır. Bu, geçiş bölgesini çok daha geniş yapar ve akımın geçişini engelleyen bariyeri güçlendirir. Bu durumda Diyot Yalıtkandır.

Diyotun uygulamaları çoktur. Ancak, en popüler uygulama, onu Redresör olarak kullanan uygulamadır. Doğrultucu, daha sonra alternatif akımı doğru akıma dönüştürmek için sinüzoidal bir alternatif giriş sinyalini aynı anlamda başka bir giriş sinyaline dönüştürebilen bir sistemdir. Akımı düzeltmeden önce gerilim değerini düşüren bir transformatör kullanılır.

Yarı İletken Malzeme Örnekleri

Periyodik Tabloda bulundukları gruba göre, bunlar bazı yarı iletken element örnekleridir:

Grup IIIA: Bor B, Alüminyum Al, Galyum Ga, İndiyum In.

Grup KDV: Silicon Si, Germanyum Ge.

Grup VA: Fosfor P, Arsenik As, Antimon Sb.

Grup VIA: Kükürt S, Selenyum Se, Tellür Te.