Temel Elektronik - Yarı İletkenler

Bir semiconductordirenci iletkenler ve yalıtkanlar arasında bulunan bir maddedir. Direnç özelliği, bir malzemeyi yarı iletken olarak belirleyen tek özellik değildir, ancak aşağıdaki gibi birkaç özelliğe sahiptir.

Yarı iletkenler, yalıtkanlardan daha az ve iletkenlerden daha fazla özdirence sahiptir.
Yarı iletkenler negatif sıcaklık katsayısına sahiptir. Yarı iletkenlerdeki direnç, sıcaklıktaki düşüşle artar ve bunun tersi de geçerlidir.
Bir Yarı İletkenin İletkenlik özellikleri, ona uygun bir metalik safsızlık eklendiğinde değişir, bu çok önemli bir özelliktir.

Yarı iletken cihazlar elektronik alanında yaygın olarak kullanılmaktadır. Transistör, cihazların boyutunun ve maliyetinin azaldığı hacimli vakum tüplerinin yerini aldı ve bu devrim, entegre elektronikler gibi yeni buluşlara yol açan hızını artırmaya devam etti. Aşağıdaki çizim, yarı iletkenlerin sınıflandırmasını göstermektedir.

Yarıiletkenlerde İletim

Elektronlar hakkında biraz bilgi sahibi olduktan sonra, en dıştaki kabuğun valence electronsçekirdeğe gevşek bir şekilde bağlı olan. Diğer atoma yaklaştırıldığında değerlik elektronlarına sahip olan böyle bir atom, bu iki atomun değerlik elektronları birleşerek "Electron pairs”. Bu bağ çok güçlü değildir ve bu nedenleCovalent bond.

Örneğin, bir germanyum atomunun 32 elektronu vardır. İlk yörüngede 2 elektron, ikinci yörüngede 8, üçüncü yörüngede 18, son yörüngede 4 elektron. Bu 4 elektron, germanyum atomunun değerlik elektronlarıdır. Bu elektronlar, aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi, elektron çiftlerini oluşturmak için bitişik atomların değerlik elektronları ile birleşmeye eğilimlidir.

Delik Oluşturma

Kristale sağlanan termal enerji nedeniyle, bazı elektronlar yerlerinden çıkma ve kovalent bağları kırma eğilimindedir. Bu kırık kovalent bağlar, rastgele dolaşan serbest elektronlarla sonuçlanır. Fakatmoved away electrons arkasında boş bir alan veya değerlik yaratır, buna bir hole.

Eksik bir elektronu temsil eden bu delik, bir birim pozitif yük olarak kabul edilebilirken, elektron bir birim negatif yük olarak kabul edilir. Serbest kalan elektronlar rastgele hareket eder, ancak bir miktar harici elektrik alanı uygulandığında, bu elektronlar uygulanan alana ters yönde hareket eder. Ancak elektron yokluğundan dolayı oluşan delikler uygulanan alan yönünde hareket eder.

Delik Akımı

Kovalent bir bağ koptuğunda bir delik oluştuğu zaten anlaşılmıştır. Aslında, yarı iletken kristalin kovalent bir bağ oluşturma eğilimi güçlüdür. Yani, kristalde delik olma eğilimi yoktur. Bu, yarı iletken bir kristal kafesi gösteren aşağıdaki şekil ile daha iyi anlaşılabilir.

Bir elektron, A yerinden kaydırıldığında bir delik oluşur. Kovalent bağ oluşma eğilimi nedeniyle, B'den bir elektron A'ya kayar. Şimdi, yine B'deki kovalent bağı dengelemek için, bir elektron C'den B'ye geçer. Bu, bir yol oluşturmaya devam eder. Uygulanan bir alan olmadığında deliğin bu hareketi rastgeledir. Ancak elektrik alan uygulandığında, delik, uygulanan alan boyunca sürüklenir vehole current. Buna delik akımı denir ancak elektron akımı değildir çünkü deliklerin hareketi akım akışına katkıda bulunur.

Elektronlar ve delikler rastgele hareket halindeyken çiftler oluşturmak için birbirleriyle karşılaşabilirler. Bu rekombinasyon, başka bir kovalent bağı koparan ısının salınmasına neden olur. Sıcaklık arttığında, elektronların ve deliklerin oluşum hızı artar, dolayısıyla rekombinasyon hızı artar, bu da elektron ve delik yoğunluklarının artmasına neden olur. Sonuç olarak, yarı iletkenin iletkenliği artar ve direnç azalır, bu da negatif sıcaklık katsayısı anlamına gelir.

İçsel Yarıiletkenler

Son derece saf haliyle bir Yarıiletken, intrinsic semiconductor. Bu saf yarı iletkenin özellikleri aşağıdaki gibidir -

Elektronlar ve delikler yalnızca termal uyarma ile oluşturulur.
Serbest elektronların sayısı, deliklerin sayısına eşittir.
Oda sıcaklığında iletim kapasitesi düşüktür.

İçsel yarı iletkenin iletim kabiliyetini arttırmak için, bazı safsızlıklar eklemek daha iyidir. Bu safsızlık ekleme işlemineDoping. Şimdi, bu katkılı içsel yarı iletken, Dışsal Yarı İletken olarak adlandırılıyor.

Doping

Yarı iletken malzemelere safsızlık ekleme işlemi doping olarak adlandırılır. Eklenen safsızlıklar genellikle beş değerlikli ve üç değerlikli kirliliklerdir.

Pentavalent Impurities

pentavalentSafsızlıklar, en dış yörüngede beş değerlik elektronuna sahip olanlardır. Örnek: Bizmut, Antimon, Arsenik, Fosfor
Beş değerlikli atom, donor atom çünkü saf yarı iletken atomun iletim bandına bir elektron bağışlar.

Trivalent Impurities

trivalentSafsızlıklar, en dış yörüngede üç değerlik elektronuna sahip olanlardır. Örnek: Galyum, İndiyum, Alüminyum, Bor
Üç değerlikli atom denir acceptor atom çünkü yarı iletken atomdan bir elektron kabul eder.

Dışsal Yarıiletken

Saf bir yarı iletkenin katkılanmasıyla oluşan saf olmayan bir yarı iletken, extrinsic semiconductor. Eklenen safsızlık türüne bağlı olarak iki tür dış yarı iletken vardır. N-tipi dışsal yarı iletken ve P-Tipi dışsal yarı iletkendir.

N-Tipi Ekstrinsik Yarı İletken

Ntype harici yarı iletken ile sonuçlanmak için saf bir yarı iletkene az miktarda beş değerli safsızlık eklenir. Eklenen safsızlık 5 değerlik elektronuna sahiptir.

Örneğin, germanyum atomuna Arsenik atomu eklenirse, dört valans elektronu Ge atomlarına bağlanırken bir elektron serbest elektron olarak kalır. Bu, aşağıdaki şekilde gösterildiği gibidir.

Bu serbest elektronların tümü elektron akımını oluşturur. Bu nedenle, saf yarı iletkene eklendiğinde safsızlık, iletkenlik için elektron sağlar.

N-tipi dışsal yarı iletkende, iletim elektronlar aracılığıyla gerçekleştiğinden, elektronlar çoğunluk taşıyıcıdır ve delikler azınlık taşıyıcılardır.
Ek pozitif veya negatif yükler eklenmediğinden, elektronlar elektriksel olarak nötrdür.
Beş değerli bir safsızlığın eklendiği N tipi bir yarı iletkene bir elektrik alanı uygulandığında, serbest elektronlar pozitif elektroda doğru hareket eder. Buna negatif veya N tipi iletkenlik denir.

P-Tipi Ekstrinsik Yarı İletken

P-tipi harici yarı iletken ile sonuçlanmak için saf bir yarı iletkene az miktarda üç değerlikli safsızlık eklenir. Eklenen safsızlığın 3 değerlik elektronu vardır. Örneğin, germanyum atomuna Bor atomu eklenirse, üç değerlik elektronu Ge atomlarına bağlanarak üç kovalent bağ oluşturur. Ancak germanyumdaki bir elektron daha bağ oluşturmadan kalır. Kovalent bir bağ oluşturmak için borda elektron kalmadığından, boşluk bir delik olarak değerlendirilir. Bu, aşağıdaki şekilde gösterildiği gibidir.

Bor safsızlığı az miktarda eklendiğinde, iletime yardımcı olan bir dizi delik sağlar. Bu deliklerin tümü delik akımı oluşturur.

P-tipi dışsal yarı iletkende, iletim delikler aracılığıyla gerçekleştiğinden, delikler çoğunluk taşıyıcı iken elektronlar azınlık taşıyıcılardır.
Buraya eklenen safsızlık, acceptorsçünkü germanyum atomlarından elektron kabul ediyorlar.
Mobil deliklerin sayısı alıcıların sayısına eşit kaldığından, Ptip yarı iletken elektriksel olarak nötr kalır.
Üç değerlikli bir safsızlığın eklendiği P tipi bir yarı iletkene bir elektrik alanı uygulandığında, delikler negatif elektrota doğru, ancak elektronlardan daha yavaş bir hızla ilerler. Buna P tipi iletkenlik denir.
Bu P tipi iletkenlikte, değerlik elektronları, N tipinin aksine, bir kovalent bağdan diğerine hareket eder.

Yarı İletkenlerde Neden Silikon Tercih Edilir?

Germanyum ve silikon gibi yarı iletken malzemeler arasında, çeşitli elektronik bileşenlerin üretiminde yaygın olarak kullanılan malzeme Silicon (Si). Silikon, germanyum yerine aşağıdaki gibi birçok nedenden dolayı tercih edilir:

Enerji bandı aralığı 0.7ev iken, germanyum için 0.2ev'dir.
Termal çift üretimi daha küçüktür.
SiO2 tabakasının oluşumu silikon için kolaydır, bu da entegrasyon teknolojisi ile birlikte birçok bileşenin imalatına yardımcı olur.
Si, doğada Ge'den daha kolay bulunur.
Gürültü, Si'den oluşan bileşenlerde Ge'ye göre daha azdır.

Bu nedenle Silikon, çeşitli amaçlar için farklı devreler yapmak için kullanılan birçok elektronik bileşenin imalatında kullanılmaktadır. Bu bileşenlerin bireysel özellikleri ve belirli kullanımları vardır.

Ana elektronik bileşenler şunlardır - Dirençler, değişken dirençler, Kapasitörler, değişken kapasitörler, İndüktörler, diyotlar, Tünel diyotları, Varaktör diyotları, Transistörler, BJT'ler, UJT'ler, FET'ler, MOSFET'ler, LDR, LED, Güneş pilleri, Termistör, Varistör, Transformatör, anahtarlar , röleler vb.