Elektronik Temelleri: Bir Yarıiletken Nedir? - AYAKLAR

Yarıiletkenler elektronik devrelerde yaygın olarak kullanılmaktadır. Adından da anlaşılacağı üzere bir yarıiletken, akım yürüten, ancak kısmen yürüten bir malzemedir. Yarı iletken iletkenliği neredeyse hiç iletkenliğe sahip olmayan bir izolatörün iletkeniyle neredeyse tam iletkenliğe sahip bir iletken arasında iletkenlik gösterir. Çoğu yarıiletken, belirli malzemelerden, çoğunlukla silisyumdan yapılmış kristallerdir.

Yarıiletkenlerin nasıl çalıştığını anlamak için önce elektronların bir atomda nasıl organize edildiği hakkında biraz bilgi sahibi olmalısınız. Bir atomdaki elektronlar katmanlar halinde düzenlenir. Bu tabakalara kabuklar denir. En dıştaki kabuğa değerlik kabuğu denir.

Bu kabuktaki elektronlar komşu atomlarla bağ oluşturan elektronlardır. Bu tahvillere kovalent tahvil adı verilir. Çoğu iletken, valans kabuğunda sadece bir elektrona sahiptir. Yarıiletkenler, diğer yandan, genellikle değerli metal kabuklarında dört elektrona sahiptirler.

Tüm komşu atomlar aynı tipte ise, tüm değerlik elektronlarının diğer atomlardan valans elektronlarıyla bağlanması mümkündür. Böyle olduğunda atomlar kendilerini kristaller olarak adlandırılan yapılara yerleştirirler. Yarı iletkenler, genellikle silikon kristaller gibi kristallerden oluşur.

Burada, her daire bir silikon atomu temsil eder ve atomlar arasındaki çizgiler paylaşılan elektronları temsil eder. Her silikon atomundaki dört valans elektronunun her biri bir komşu silikon atomuyla paylaşılır. Böylece, her bir silikon atomu diğer dört silikon atomuyla birleştirilir.

Saf silikon kristaller elektronik olarak bu kadar yararlı değildir. Fakat eğer bir kristal içine az miktarda başka elementler eklerseniz, kristal ilginç bir şekilde başlar.

Başka elementlerin kristalize kasıtlı olarak eklenmesi işlemi doping olarak adlandırılır. Dopingle oluşturulan elemente dopant adı verilir. Doping işlemini ve kullanılan katkı maddelerini dikkatli bir şekilde kontrol ederek, silikon kristalleri iki farklı iletken türünden birine dönüşebilir:

• N tipi yarı iletken: Katkı maddesi beş elektron içeren bir element olduğunda oluşturulur değerlik katmanı. Fosfor bu amaçla yaygın olarak kullanılır.

  Fosfor atomları silisyumun kristal yapısında doğru birleşir, her biri birer silikon atom gibi dört bitişik silikon atomuyla yapışır. Fosfor atomunun valans kabuğunda beş elektron olduğu, ancak bunların sadece dört tanesinin bitişik atomlara yapıştığı, beşinci valans elektronunun bağlanacak hiçbir şey olmadığı asılı kaldı.

  Fosfor atomlarındaki ek değerlik elektronları, bakır gibi düzenli bir iletken içindeki tek değerli elektronlar gibi davranmaya başlarlar. Taşınmak konusunda özgürdürler. Bu yarıiletken fazladan elektronlara sahip olduğundan, buna N tipi yarı iletken denir.

  

• P-tipi yarıiletken: Dopur (bor gibi) değerlik kabuğunda yalnızca üç elektron varsa gerçekleşir. Kristale küçük bir miktar dahil edildiğinde, atom dört silikon atomla bağlanabilir, ancak sunacağı üç elektrona sahip olduğu için delik oluşturulur. Delik, pozitif bir yük gibi davranıyor, bu şekilde katılan yarıiletkenlere P tipi yarı iletkenler deniyor.

  Pozitif bir yük gibi, delikler elektronları da çeker. Fakat bir elektron bir deliğe girdiğinde, elektron önceki konumuna yeni bir delik bırakır. Böylece, bir P-tipi yarı iletkente, elektronlar sürekli olarak onları doldurmaya çalıştıklarından, delikler kristalin etrafında dolaşırlar.

  

N-tipi veya P-tipi yarı iletkenlere voltaj uygulandığında, akım normal bir iletken içinde aktığı için aynı nedenden dolayı akar: Gerilimin negatif tarafı elektronları iter ve pozitif taraf onları çeker. Sonuç, bir yarı iletken daima bulunan rasgele elektron ve delik hareketinin bir yönde organize olmasıyla ölçülebilir elektrik akımı yaratmasıdır.