Yalıtkanlar ve Yarı İletkenler

Advertisement

  • Twitter
  • Facebook
  • Google+
  • Pinterest
  • Linkedin

Yalıtkanlar:

Yalıtkan maddelerin atomlarının valans yörüngelerinde 8 elektron bulunur. Bu tür yörüngeler doymuş yörünge sınıfına girdiği için elektron alıp verme gibi bir istekleri yoktur. Bu sebeplede elektriği iletmezler. Yalıtkan maddeler iletken maddelerin yalıtımında kullanılır. Yalıtkan maddelere örnek olarak tahta, cam ve plastiği örnek verebiliriz.

Yarı İletken Nedir?

Yarı iletken aygıtlar günlük hayatta sık olarak kullandığımız bilgisayar, telefon vs. gibi cihazların elektronik bileşenlerini oluşturur. Güç tüketen cihazlarda oldukça yaygın kullanılırlar.

İletkenler, voltaj ugulandığında elektrik akımına karşı çok az direnç gösteren maddelerdir. Yalıtkanlar ise, voltaj uygulandığında elektrik akımına çok yüksek direnç gösterir. Yarı iletkenler, iletken ve yalıtkan arası elektriksel özellik gösteren maddelerdir.

1930’da bu maddelerin keşfinden önce, bilgisayarlarda vakum tüpleri kullanılıyordu. Daha sonra bu aygıtların yerini transistörler aldı ve dev bilgisayarlar git gide azalarak daha küçükleri üretilmeye başladı. Silikon transistörler olarak adlandırılan bu aygıtlar 1954’te icat edilmiştir.

Temeller

Yukarıda bahsedildiği gibi bu maddeler iletken ile yalıtkan arası özellik gösterir. Yalıtkanların, teknik olarak, iletim bandı ile valens bandı arasında 6eV’luk enerji farkı vardır. Bir elektronun bu enerji duvarını aşması için elektrik akımı 6eV enerjiye ulaşmalıdır. Bu enerji farkına yasaklanmış enerji aralığı denir. Bu aralık yalıtkanlara oranla yarı iletkenklerde çok daha az olarak sadece 1eV’tur.

Bakır gibi iletkenlerin elektriği kolayca iletmesinin sebebi iletim bandı ile valans bandının denk olmasıdır.

Silikon ve germanyum atomları kristal yapıdadır. Yarı iletken maddeler germanyum ve silisyum gibi 4. grup elementlerine aittir ve valans elektronlarının sayısı 4’tür. Bu atomlar soygazlara katılmak için en dıştaki elektronlarını 8’e tamamlamaya çalışırlar. Bu yüzden komşu atomların 4 elektronuyla bağ kurarlar. Bu tarz bağlara kovalent bağ denir.

Yarı İletken Çeşitleri

Katkısız Yarı İletkenler

Bu yarı iletkenler saf kristal haldedir. Katışıksız maddedeki valans elektronlar ısı enerjisini emerek kovalent bağların kırılmasına sebep olur ve serbest kalırlar. Yarı iletkenler negatif sıcaklık katsayısına sahiptir ve dirençleri sıcaklık azaldıkça artar. Bu durum sadece yarı iletkenlere özgüdür. İyi bir iletken olmasalarda valans elektronları doğal bir kaynaktan ısı enerjisi emdiğinde mükemmel iletkenlere dönüşürler. Basitçe bu maddelerin sıcaklığı arttıkça iletkenlikleri artar.

Katkılı Yarı İletkenler

Katışıksız yarı iletkenlere katkı yapılarak bu maddelerin özellikleri değiştirilir ve katkılı yarı iletkenlere dönüşürler. Bu katkı maddeleri 5 valensli ya da üç valensli maddelerdir. 5 valensliler antimon, fosfor, arsenik vs.’dir. Bunlar 5. grup elementi olup 5 valens elektronları bulunur. Üç valensliler bor, galyum, indiyum vs.’dir. 3. grup elementidirler ve 3 valens elektronları vardır. Bu maddeler, saf maddelere yüzde 1 oranında katılırlar.  Böylece 10 milyon atomda 1 atom katkı yapılmış olur. Katkılı yarı iletkenler, saf germanyum veya silisyum gibi maddelere bu tür katkılar yapılarak elde edilir. Eklenen katkı maddesine göre N-tipi ve P-tipi olarak sınıflandırılırlar.

N-Tipi Yarı İletkenler

Bunlar antimon ve fosfor gibi 5 valensli maddelerin katkısıyla oluşur.

P-Tipi Yarı İletkenler

P-Tipi yarı iletkenler de bor ve indiyum gibi 3 valensli maddelerin katkısıyla elde edilirler.

 

Uygulama Alanları

Diyot, transistör, doğrultucu, kapasitör, termistör vs. gibi aygıtlar için olmazsa olmazlardır. Bu aygıtlar endüstriyel kontrol sistemlerinin bel kemiğini oluşturur.
Bilgisayarların hard diskleri, usb flash diskler ve grafik işlemciler vs. gibi aygıtlar da bu maddelerden yapılır.
Güç denetimi ve termal denetim teknikleri yarı iletken aygıtlarla sağlanır.
Radar ve uydu iletişiminde kullanılırlar.
Enerji sektöründe güneş panellerinde kullanılırlar.
Elektronikten iletişime uzanan geniş bir alanda kullanılan bu maddeler olmasaydı şu anki teknolojiye sahip olamazdık.

Leave a Reply

Your email address will not be published.
Required fields are marked *