12.11.2017 / DERS NOTLARI
Atomlar bir çekirdek ve etraflarında dönen elektronlardan oluşmaktadır.Maddeni en küçük parçası olarak da bilinmektedir.Bir atomun en dış yörüngesinde elektrona valans elektronu denmektedir.Atomların türlerine göre bu elektronların sayısı değişmektedir.
İletken - Yarı İletken - Yalıtkan
Maddenin iletkenliği o maddede bulunan serbest elektron sayısına göre değişmektedir.Atomun son yörüngesinde bulunan elektron sayısı 1,2,3 ise bu atom iletken, 4 ise bu atom yarı iletken ve 4 den fazla ise yalıtkandır.
Atomun son yörüngesinde 1,2,3 elektron var ise bu atomun iletken olduğunu söylemiştik ve bu atomların valans bağı zayıf olduğundan elektronlar kolayca atomdan ayrılabilirler.
Dış yörüngedeki elektronlara valans elktron denir.
İletkenlerin son yörüngesinde 1,2,3 elektron bulunur.
Atomları 1 valans elektronlu olan metaller iyi iletkendir.
Son yörüngelerinde 1,2,3 elektron olduğundan atoma zayıf olarak bağlıdırlar.
Yalıtkanlar elektrik akımını iletmezler.Bunlara örnek olarak; cam, kağıt, plastik malzemeler gibi.Bu Maddelerin son yörüngeleri 8 veya 8 e yakın elektron vardır ve atomdan uzaklaştırılmaları zordur.Yalıtkan maddelerin elektrik akımlarının iletmemesinin sebebi içlerindeki serbest elektron sayısının ya olmaması yada çok az miktarda olmasıdır.
Akımı Hiç Geçirmeye Madde Var mıdır ?
Akımı hiç geçirmeyen madde yoktur.Her madde çok az da olsa akım geçirir fakat geçirdikleri bu akım canlılara zarar vermeyebilir ve hissedemeyiz bile.
Yarı iletkenler maddelerin atomlarının son yörüngelerinde 4 elektron bulunmaktadır.Yarı iletkenlerin bazıları bileşik , bazıları ise element olabilir.Yarı iletkenlerin direnci iletkenlerin direncinden yüksek, yalıtkanların direncinden düşüktür. Yani iletkenlik bakımından iletken ve yalıtkanlar arasında yer alırlar.Yarı iletkenlerin bazıları “bileşik”, bazıları “element”dir. Bileşiklere örnek olarak “çinko oksit” ile “bakır oksiti” verebiliriz. Elementlere örnek ise”germanyum” ve “silisyum (silikon) gösterilebilir.
Saf Yarı İletken Maddelerin Özellikleri
Saf bir yarı iletken kristaline -273 derecede valans elektronlar komuşu atomlara kovalent bağ ile bağlıdırlar.Yarı iletken kristal bir yalıtken gibi davranır.Saf bir yarı ilekten kristali oda sıcaklığında bir miktar iletkenlik gösterebilir.Saf bir yarı iletken kristali oda sıcaklığında bir miktar iletkenlik gösterir. Oda sıcaklığında kristal ısınarak atomları enerjilenir. Atomların enerjilenmesi valans elektronların enerjisi arttırır. Valans bandının üst seviyesinde bulunan elektronlardan bazıları yeterli kinetik enerjiye ulaşarak atomdan bağını koparır ve serbest elektron haline gelir. Yani boşluk bandını atlayarak iletim bandına geçer.
Yarı İletkenlerde Hole (Boşluk ) Kavramı
Kristal yapıda ısı enerjisi alarak kovalent bağını koparan bir elektron ve elektronun ayrılması nedeniyle oluşan boşluk yukarıdaki şekil gösterilmiştir. Elektron kaybeden atom pozitif yüklü hale gelir. Elektronun atomdan ayrılması ile kovalent bağda oluşan boşluğa delik denir. Bu delik(hole) de iletkenlige katkı sağlar.
Bir yarıiletken kendiliğinden belirli bir miktar iletkenliğe sahiptir ancak biz bu yarı iletken kristallerinin içierisine çok az miktarda (bir milyonda bir) kirlilik atomları katarak iletkenliklerini yaklaşık bir milyon kat artırabiliriz. Yarı iletkenler katkılandıkları malzemelere göre ikiye ayrılırlar, eğer yarı iletken kristal yapısının içerisine Bor (B) gibi son yörüngesinde 3 elektron bulunduran atomlar ile katkılanırsa P tipi katkılanmış yarı iletken, Arsenik (As) gibi son yörüngesinde 5 elektron bulunduran atomlar ile katkılanırsa N tipi yarı iletken olarak adlandırılır.
P Tipi Yarı İletkenler
Silisyum kristal atomlarının içerisine çok az miktarda Bor (B) atomu katılmasıyla elde edilen yarı iletken malzemedir.Bildiğimiz gibi Bor atomunun son yörüngesinde 3 elektron bulunmaktadır ve buda bor atomunun 3 bağ yapabileceği anlamına gelir, ancak silisyumun son yörüngesinde 4 elektron vardır ve silisyum 4 bağ yapar. Biz silisyum kristal atomlarının içerisine bor atomunu katkılarsak bor son yörüngesindeki 3 elektronla silisyuma bağlanır ancak kristal diziliminde bir tane silisyum atomunun karşılığına elektron gelmez doğal olarak o bölgede kovalent bağ oluşumu gerçekleşmez ve bir hol oluşur, bu hol elektron bulduğu anda hemen bağ kurar ve 4. bağı tamamlamış olur.
N Tipi Yarı İletkenler
Silisyum kristal atomlarının içerisine çok az miktarda Arsenik (As) atomu katılmasıyla elde edilen yarı iletken malzemedir.Bildiğimiz gibi Arsenik atomunun son yörüngesinde 5 elektron bulunmaktadır ve buda arseniğin atomunun 5 bağ yapabileceği anlamına gelir, ancak silisyumun son yörüngesinde 4 elektron vardır ve silisyum 4 bağ yapar. Biz silisyum kristal atomlarının içerisine arsenik atomunu katkılarsak arsenik son yörüngesindeki 4 elektronla silisyuma bağlanır ancak arseniğin 1 elektronu açıkta kalır ve bu elektronda elektriksel iletime katılır, bu şekilde iletkenlik artırılmış olur