İçsel Yarı İletken ve Dışsal Yarı İletken – Enerji Bandı ve Doping Nedir?

Yarı iletken, adından da anlaşılacağı gibi hem iletken hem de yalıtkan özelliklerini gösteren bir malzeme türüdür. Bir yarı iletken malzeme, iletim için taşıyıcılarını serbest bırakmak için belirli bir voltaj veya ısı seviyesi gerektirir. Bu yarı iletkenler, taşıyıcı sayısına göre 'içsel' ve 'dışsal' olarak sınıflandırılır. İçsel taşıyıcı, yarı iletkenin en saf şeklidir ve eşit sayıda elektron (negatif yük taşıyıcıları) ve delikler (pozitif yük taşıyıcıları). En derinden kullanılan yarı iletken malzemeler Silikon (Si), Germanyum (Ge) ve Galyum Arsenittir (GaAs). Bu tür yarı iletkenlerin özelliklerini ve davranışlarını inceleyelim. Bir İç Yarı İletken Nedir? İç yarı iletken, herhangi bir katkı veya kirlilik eklenmemiş kimyasal olarak saf malzeme olarak tanımlanabilir. Mevcut en yaygın olarak bilinen içsel veya saf yarı iletkenler Silikon (Si) ve Germanyumdur (Ge). Yarı iletkenin belirli bir voltaj uygulamadaki davranışı atomik yapısına bağlıdır. Hem Silikonun hem de Germanyumun en dış kabuğunun her biri dört elektrona sahiptir. Birbirlerini stabilize etmek için yakındaki atomlar, değerlik elektronlarının paylaşımına dayalı kovalent bağlar oluşturur. Silikonun kristal kafes yapısındaki bu bağ şekil 1'de gösterilmiştir. Burada iki Si atomunun değerlik elektronlarının bir Kovalent Bağ oluşturmak üzere bir araya geldiği görülebilir. Şekil 1. Silikon atomunun kovalent bağı Tüm kovalent bağlar kararlıdır ve iletim için hiçbir taşıyıcı mevcut değildir. Burada içsel yarı iletken, bir yalıtkan veya iletken olmayan gibi davranır. Artık ortam sıcaklığı oda sıcaklığına yaklaşırsa kovalent bağlar kopmaya başlar. Böylece değerlik kabuğundan elektronlar iletimde yer almak için serbest bırakılır. İletim için daha fazla sayıda taşıyıcı serbest bırakıldığında, yarı iletken iletken bir malzeme gibi davranmaya başlar. Aşağıda verilen enerji bandı diyagramı, taşıyıcıların değerlik bandından iletim bandına bu geçişini açıklamaktadır. Enerji bandı diyagramı Şekil 2(a)'da gösterilen Enerji bandı diyagramı, İletim Bandı ve Değerlik Bandı olmak üzere iki seviyeyi göstermektedir. İki bant arasındaki boşluğa yasak boşluk denir. Şekil 2(a). Enerji bandı diyagramı Şekil Şekil 2(b). Bir yarı iletkende İletim ve Değerlik bandı elektronları Bir yarı iletken malzeme ısıya veya uygulanan voltaja maruz kaldığında, kovalent bağların birkaçı kırılır, bu da şekil 2(b)'de gösterildiği gibi serbest elektronlar üretir. Bu serbest elektronlar heyecanlanarak yasak boşluğu aşmak için enerji kazanırlar ve değerlik bandından iletim bandına girerler. Elektron değerlik bandından çıkarken, değerlik bandında bir boşluk bırakır. İçsel bir yarı iletkende her zaman eşit sayıda elektron ve delik oluşturulacaktır ve bu nedenle elektriksel nötrlük sergiler. İçsel yarı iletkende akımın iletilmesinden hem elektronlar hem de delikler sorumludur. Dışsal Yarı İletken Nedir? Dışsal yarı iletken, katkılı veya katkılı yarı iletkenli malzeme olarak tanımlanır. Doping, taşıyıcı sayısını artırmak için kasıtlı olarak safsızlıklar ekleme işlemidir. Kullanılan safsızlık elementleri dopantlar olarak adlandırılır. Dış iletkende elektron ve delik sayısı daha fazla olduğundan, içsel yarı iletkenlerden daha fazla iletkenlik gösterir. Kullanılan katkı maddelerine bağlı olarak, dışsal yarı iletkenler ayrıca 'N tipi yarı iletken' ve 'P tipi yarı iletken' olarak sınıflandırılır. Beş değerlikli elementler, değerlik kabuğunda 5 elektrona sahip oldukları için adlandırılır. Beş değerlikli safsızlık örnekleri Fosfor (P), Arsenik (As), Antimon (Sb)'dir. Şekil 3'te gösterildiği gibi, dopant atom, değerlik elektronlarından dördünü dört komşu silikon atomuyla paylaşarak kovalent bağlar kurar. Beşinci elektron, katkı yapan atomun çekirdeğine gevşek bir şekilde bağlı kalır. Beşinci elektronun değerlik bandından çıkıp iletim bandına girmesi için serbest bırakılması için çok daha az iyonlaşma enerjisi gerekir. Beş değerlikli safsızlık, kafes yapısına fazladan bir elektron verir ve bu nedenle Donör safsızlığı olarak adlandırılır.Şekil 3. Verici safsızlığı olan N-tipi yarı iletkenP-tipi Yarıiletkenler:P-tipi yarıiletkenler, üç değerlikli yarıiletken ile katkılıdır. Üç değerlikli safsızlıkların değerlik kabuğunda 3 elektron bulunur. Üç değerli safsızlık örnekleri arasında Bor (B), Galyum (G), İndiyum (In), Alüminyum (Al) bulunur. Şekil 4'te gösterildiği gibi, takviye atomu sadece üç komşu silikon atomu ile kovalent bağlar kurar ve dördüncü silikon atomu ile bağda bir delik veya boşluk oluşur. Delik, elektronun işgal etmesi için pozitif bir taşıyıcı veya boşluk görevi görür. Bu nedenle, üç değerli safsızlık, elektronları kolayca kabul edebilen pozitif bir boşluk veya delik vermiştir ve bu nedenle buna Alıcı safsızlığı denir.  Şekil 4. Alıcı safsızlığı olan P-tipi yarı iletken İçsel Yarıiletkende Taşıyıcı Konsantrasyon İçsel taşıyıcı konsantrasyonu, iletim bandında birim hacim başına elektron sayısı veya değerlik bandında birim hacim başına delik sayısı olarak tanımlanır. Uygulanan voltaj nedeniyle elektron değerlik bandından çıkar ve yerinde pozitif bir boşluk oluşturur. Bu elektron ayrıca iletim bandına girer ve akımın iletiminde yer alır. Gerçek bir yarı iletkende, iletim bandında üretilen elektronlar, değerlik bandındaki deliklerin sayısına eşittir. Bu nedenle elektron konsantrasyonu (n), içsel bir yarıiletkendeki delik konsantrasyonuna (p) eşittir. İçsel taşıyıcı konsantrasyonu şu şekilde verilebilir:n_i=n=p Burada,n_i : içsel taşıyıcı konsantrasyonu n : elektron taşıyıcı konsantrasyonu p : delik -taşıyıcı konsantrasyonu İç Yarıiletkenin İletkenliği İç yarı iletken ısıya veya uygulanan gerilime maruz kaldığında elektronlar değerlik bandından iletim bandına gider ve değerlik bandında pozitif bir boşluk veya boşluk bırakır. Yine bu boşluklar, daha fazla kovalent bağ kırıldığı için diğer elektronlar tarafından doldurulur. Böylece elektronlar ve delikler ters yönde hareket eder ve içsel yarı iletken iletken olmaya başlar. İletkenlik, bir dizi kovalent bağ kırıldığında artar, böylece daha fazla elektron, iletim için serbest bırakılır. Bir içsel yarı iletkenin iletkenliği, hareketlilik ve yük taşıyıcıların konsantrasyonu terimleriyle ifade edilir. Bir içsel yarı iletkenin iletkenliği için ifade şu şekilde ifade edilir: σ_i=n_i e(μ_e+μ_h) Burada σ_i: içsel bir iletkenin iletkenliği yarı iletken n_i : içsel taşıyıcı konsantrasyonu μ_e: elektronların hareketliliği μ_h: deliklerin hareketliliğiYarıiletken Teorisi MCQ'ları hakkında daha fazla bilgi için lütfen bu bağlantıya bakın

Mesaj bırakın 

İleti listesi