Yarı İletken Teknolojisi Ayt Fizik

Yarı İletken Teknolojisi

İletkenlik, bir maddede, elektronların serbestçe hareket edebilme özelliğinin bir ölçüsüdür. Elektriksel iletkenliğe sahip maddelere iletken denir. Çok sayıda serbest elektronu bulunan metaller çok iyi elektrik iletkenliğine sahiptir. Serbest elektronu bulunmayan maddeler elektrik akımını iletmez. Bu tür maddelere yalıtkan maddeler denir. Bakalit, ebonit yalıtkan madddelerden bazılarıdır. Yarı iletken maddeler ise iletkenlik açısından iletken maddelerle yalıtkan maddeler arasında yer alan maddelerdir. Normalde yalıtkan olan bu maddeler, dış etkilerle iletken olurlar. Yarı iletken maddeler genellikle 4A grubu elementleridir.

Bazı özellikleri şöyledir:

Normalde yalıtkan olan bu maddeler, ısı, ışık, elektrik alan, manyetik alan v. b. dış etkilerle karşılaştıklarında iletken olurlar.

* Serbest elektron sayıları dış etkilerle değişebilir.

* Sıcaklığı artan bir yarı iletkenin serbest elektron sayısı artar. Bu nedenle iletkenliği de artar.
* Mutlak sıfırda (09 K de) bütünüyle yalıtkandırlar.
* Katkı maddeleri eklenerek iletkenlikleri artırılabilir.

P Tipi ve N tipi Yarı İletkenler

Yarı iletken maddelerin iletkenliği dış etkilerle değişir. Bu durum bu maddelerin kullanımında kararlı bir akım elde etmeyi engeller. Ancak bu maddelere katkı maddeleri karıştırılarak sabit miktarda akım taşıyıcısına sahip olması sağlanabilir.

Son yörüngesinde 4 elektron bulunan saf silisyuma, son yörüngesinde 5 elektron bulunan arsenik (As) ilave edildiğinde maddeler arasında kovalent bağ oluşur. Bunun sonucunda bir elektron serbest kalır. Negatif özellik kazanan madde N tipi yarı iletken olarak adlandırılır.

Saf silisyuma, son yörüngesinde 3 elektron bulunan bor (B) ilave edildiğinde, maddeler arasında yapılan kovalent bağ neticesinde bir elektron boşluğu oluşur. Oluşan bu boşluk deşik (oyuk) olarak adlandırılır. Deşik, madde içerisinde pozitron  yüklü elektron) gibi davranır. Bu nedenle pozitif özellik kazanan madde P tipi yarı iletken olarak adlandırılır.

Diyot

Diyot, elektronik devrelerinde tek yönde akım geçiren devre elemanı olarak kullanılır. P ve N tipi yarı iletkenler birleştirilirse, N tipi yarı İletkenin serbest elektronları P tipi yarı iletkenin oyuklarını doldurur.

Böylece iki yarı iletkenin birleşim bölgesinde nötr bir bölge oluşur. Bu şekilde elde edilen PN oluşumuna diyot denir.

Bir üretecin (+) kutbu diyodun P tipi tarafına, (-) kutbu da N tipi tarafına şekildeki gibi bağlandığında; elektronlar (-) kutup tarafından, deşikler
de (+) kutup tarafından itilir. Böylece doğru polarize olmuş diyotun nötr bölgesi yenilerek iletkenlik sağlanır.

Diyotun N tipi tarafı üretecin (+) kutbuna, P tipi tarafı da (-) kutbuna bağlanırsa, ters polarize olan diyotun nötr bölgesi genişler ve akımın geçişine izin vermez.

Diyot, alternatif akımı doğrultucu devrelerde kullanılır. Şekildeki devrede, alternatif akım kaynağı diyotun P tipi tarafını (+) yaptığında devreden akım geçerken, (-) yaptığında akım geçmez.

Bu durumda akımın zamanla değişimi şekildeki gibi olur. Bu devreye yarım doğrultucu devre denir.

Transistör

Transistörler, elektronik devrelerde elektrik sinyallerini yükseltmek ve akımın geçişine izin verip vermemek (anahtarlama) amacıyla kullanılan yarı iletken devre elemanıdır. P ve N tipi yarı iletkenlerin PNP ya da NPN şeklinde birleştirilmesi ile elde edilir.

Transistörün icadı ile elektronik devrelerde önemli gelişmeler yaşanmıştır.

Nano boyutta üretilen transistörler sayesinde cihazların boyutları küçülmüş, harcadıkları enerji azalmış, üretimleri daha kolay ve ekonomik olmuştur.

LED

Işık yayan diyot anlamına gelen LED, üzerinden akım geçtiğinde foton yayan yarı iletken malzemelerden yapılır. LED lerdeki yarı iletken maddeye galyum, aluminyum, fosfor, arsenik, indiyum, nitrat gibi maddeler uygun oranlarda katılarak istenilen renkte ışık vermesi sağlanabilir. TV kumandalarında, sinyalizasyonda ve aydınlatmalarda yaygın olarak kullanılır.

LED’ler elektrik enerjisini ışığa dönüştüren yarı iletken devre elemanlarıdır.

LED ampuller, klasik aydınlatma sistemlerine göre düşük enerji tüketimi ve ömürlerinin uzun oluşu nedeniyle akkor teli, halojen ve floresan ampullere göre daha tasarrufludur.

Güneş Pili (Fotovoltaik Pil)

Yüzeyine düşen Güneş enerjisini elektrik enerjisine dönüştüren sistemlere Güneş pili ya da fotovoltaik pil denir. Yapısında daha çok silisyum, galyum, arsenik, kadmiyum, tellur gibi yarı iletken malzemelerin kullanıldığı P ve N eklemden oluşur.

Işığın fotoelektrik etki ile kopardığı elektronlar, N ekleminden P eklemine doğru hareket ederek elektrik akımı oluşturur. Böylece güneş enerjisi elektrik enerjisine dönüşür.

Alternatif enerji kaynakları arasında güneş enerjisi, temiz, tehlikesiz, güvenli ve çevre sorunlarına neden olmayışı nedeniyle önemi her geçen gün artmaktadır. Gündelik hayatta hesap makinelerinden sokak lambalarına kadar pek çok alanda kullanılmaktadır.