Yarı iletken, akımı yarıya veya kısmen ileten malzemeleri tanımlamak için kullanılan bir terimdir. İletkenliği tamamen iletken bir malzeme ile yalıtkan bir malzeme arasında olduğu için nispeten daha az bilinir. Akıllı telefonlar veya bilgisayarlar, yarı iletken adı verilen katı bir malzemeden yapılmış ve saçtan daha ince milyarlarca transistörle kaplı bir silikon yatakla çalışır.
İçindekiler
Yarı iletkenler nelerdir?
Enerji bantları ve elektrik akışı
Herhangi bir kristal, birçok yakın aralıklı enerji seviyesinde elektron içeren atomlardan oluşur. Bununla birlikte, bu makalenin kapsamı dışında kalan dışlama ilkesine göre Pauli’nin ispatı, yalnızca zıt yönlerde dönen iki elektronun bir enerji seviyesini barındırabilmesini ve gerçekten kararlı olabilmesini gerektirir. Bu seviyeler, küçük boşluklarla ayrılmış çizgilerle temsil edilebilir, çünkü bu belirli seviyelere yalnızca elektronların yerleştirilmesine izin verilir. Daha sonra, enerji bantları olarak bilinen bantları oluşturmak için çeşitli enerji seviyeleri bir araya getirilir. Enerji bandı en düşük enerjiyi içerir ve değerlik bandı olarak adlandırılır, üzerindeki enerji bandı ise daha yüksek bir enerji seviyesi içerir ve iletim bandıdır. Bir elektronun bu mesafeyi atlaması için gereken enerjiye bant aralığı enerjisi denir.
Grafikteki ilk kristalin valans bandında tek sayıda elektronu var ve sonrakinde hiç elektron yok, bu da en yüksek enerji seviyesinde tek bir gevşek elektron oluşturuyor. Bu, bağlantı çubuğuna kolayca akacak ve küçük bir vuruş yaptığınızda veya bir aküye bağladığınızda önemli miktarda akım sağlayacaktır. Bu kristal iletkendir. İletken örnekleri arasında bakır ve demir gibi metaller bulunur. İkinci kristalin elektronları sadece çok kararlı ve birbirine bağlı değiller, ayrıca iletim bandında bir çift elektron var, bu da iletim bandında elektron akışını neredeyse imkansız kılıyor ve bu bir yalıtkan. Kağıt, kauçuk ve cam bazı yaygın yalıtkanlardır. Üçüncü kristal gevşek bir elektron içerir, ancak iletim boşluk bandı içermez. Bununla birlikte, daha fazla elektron barındırabilen yarı dolu enerji seviyelerine sahiptir. Bu gevşek elektron, yeterince güçlü bir tekme verildiğinde iletim bandına geri dönebilir ve az miktarda akım üretebilir. Bu kristal bir yarı iletkendir. Başlıca örnekler silikon ve germanyumdur.
Bu işlem, iletkenleri temsil eden köprülerin üst üste bindiği veya birleştiği bir yolcu köprüsüne benzetilebilir, böylece yolcular diğer tarafa kolayca geçebilir. Yarı iletkenler, yalnızca yarıya kadar kapanan ve sürücünün aralarındaki boşluktan atlamasını gerektiren, kötü inşa edilmiş bir köprü ile temsil edilebilir. Son olarak, tampon asla kapanmayan bir köprüdür ve herhangi bir yolcunun atlayıp diğer tarafa geçmesini imkansız kılar.
Yarı iletkenleri bu kadar özel yapan nedir?
pozitif yüklerin akışı nedeniyle iletkenlik
Bir malzemeden elektron akışına izin verme yeteneği iletkenliktir. İletkenlerin iletkenliği en yüksektir, ancak bir yalıtkan için daha düşüktür çünkü içinden geçen elektronlar ihmal edilebilir düzeydedir. Ancak adından da anlaşılacağı gibi yarı iletkenlerin iletkenliği orta düzeydedir. Yarı iletkenlerle ilgili bir başka ilginç şey de akımın yalnızca elektronlar tarafından değil, aynı zamanda geride bıraktıkları boşluklar olarak bilinen delikler aracılığıyla iletilmesidir. Düşük durumlardan gelen elektronlar değerlik bandında kalan boşlukları doldurabilir ve akım akışına katkıda bulunabilir. Yani bu daha derin hallerde bile, altında elektronların bulunduğu bir boşluk bırakır. Bu nedenle akım, bu “pozitif” yüklerin akış hızı olarak tanımlanabilir.
Bir cihaz aracılığıyla akım kontrolünde yarı iletkenler
Yararlarını göz önünde bulundurmak için, bir yarı iletkenden akan akımın, bir iletkenden farklı olarak, kontrol edilemeyen bir elektron dalgalanması olmadığı, daha çok yüklerin ve sürekli akışlarının ince bir karışımı olduğu anlaşılmalıdır. Yenilikçi mühendislik, yeni enerji seviyeleri yaratmak için bir silikon veya germanyum atomunu bükme fikrini ortaya attı. Malzeme, yapı içinde serbestçe dönme ve elektrik akışına katkıda bulunma eğiliminde olan yarı iletkenden (genellikle fosfor) daha fazla değerlik elektronu içeren kristallerle veya silikondan elektron ödünç alan ve fazladan bırakarak daha az elektronlu (alüminyum) kristallerle kirlenir. delikler. Fosfor saçılmasından kaynaklanan kirlenmiş silikona “n” tipi yarı iletken ve ikinci işlemden gelen silikona “p” tipi yarı iletken denir. Kirlilik veya doping miktarı akımın kontrol edilmesini sağlar.
Elektronik öğretmeni: transistör
Yarı iletkenlerin benzersiz özellikleri, mühendisleri bir devre boyunca akım akışını kontrol eden küçük cihazlar yaratmaya sevk etti. Transistör olarak bilinen bu cihaz, 1947’deki icadından bu yana insanlığın gidişatını değiştirdi. Elektronların salınmasına ve sekmesine neden olan bozunma, yarı iletkenlerin yüksek sıcaklıklara maruz kalmasıyla da gerçekleşebilir. Bu nedenle, bu malzemeler, bu yüksek sıcaklıklarda bir iletken olarak ve daha düşük (daha az sallanma) sıcaklıklarda bir yalıtkan olarak ikili bir yapıya sahiptir. Transistörler, kablosuz iletişim teknolojilerinde anahtarlama ve kuvvetlendirme cihazları olarak yaygın bir şekilde kullanılmaktadır. Bir transistör, iki n-tipi malzeme arasına p-tipi bir malzeme yerleştirilerek veya iki p-tipi malzeme arasına n-tipi bir malzeme yerleştirilerek yapılır.
Bir musluktaki bir anahtar gibi, p-tipi malzemeye uygulanan voltaj, diğer taraftaki yoğun katkılı n-tipi malzemeden nispeten daha az katkılı n-tipi malzemeye akan akımı kontrol ederek kontrol edilir. Akmasına izin verilen akım, mantık ‘1’ olarak yorumlanırken, akım olmadığında mantık ‘0’ ile tanımlanmaz, böylece bilgisayarların dili olan ikili sayılara dönüştürülür. Transistörler bu ve sıfırlar arasında geçiş yapar ve benzer transistörler için giriş olarak başka bir devreye sokulur. Sonuç olarak, yine bir ve sıfır olmak üzere bir dizi çıktı üretir.
Bu anahtarlar mantığın, mikroişlemcinin, bilgisayar beyinlerinin ve cep telefonlarının yapı taşlarıdır. Milyarlarca doların küçücük bir silikon çipe sıkıştırılmasına izin veren Moore Yasasına göre, ileri teknolojiler transistörlerin boyutunun küçültülmesine yardımcı oldu ve transistörleri nanometreye kadar küçülttü. Bu çok büyük bir avantaj ve bu malzemelerin teknolojik dünyada devrim yaratması hiç de abartı değil. Transistör, modern dünya yarı iletken teknolojilerine güvendiği ve onu şekillendirdiği için geçen yüzyılın en önemli icatlarından biridir. Bu, özellikle radyo, televizyon, e-posta ve düzinelerce farklı teknolojiyi beş inçlik bir kübe entegre etmek ve insanları küresel ölçekte birbirine bağlamak söz konusu olduğunda doğrudur!
kaynak:
https://electronics.howstuffworks.com/diode.htm
yazar: Özlem Güvenç Ağaoğlu
Diğer gönderilerimize göz at
[wpcin-random-posts]