İletken,Yarı İletken Ve Yalıtkanlar

İLETKEN, YARI İLETKEN VE YALITKANLAR
?etken,Yarı İletken ve Yalıtkanlar[/url]

Yeryüzündeki bütün maddeler, atom 'lar dan oluşmuştur
Atom ise ortada bir çekirdek ve bunun etrafındaki değişik yörüngelerde hareket eden elektronlardan oluşmaktadır

Elektronlar, negatif elektrik yüküne sahiptirler
Bir etkime yolu ile atomdan ayrılan elektronların bir devre içerisindeki hareketi, elektrik akımını oluşturur

Elektronların her madde içerisindeki hareketi aynı değildir

Elektron hareketine göre maddeler üçe ayrılır:

• İletkenler
• Yalıtkanlar
• Yarı iletkenler


İletkenler :

Bir maddenin iletkenliğini belirleyen en önemli faktör, atomlarının son yörüngesindeki elektron sayısıdır Bu son yörüngeye "Valans Yörünge" üzerinde bulunan elektronlara da "Valans Elektron" denir Valans elektronlar atom çekirdeğine zayıf olarak bağlıdır Valans yörüngesindeki elektron sayısı 4 'den büyük olan maddeler yalıtkan 4 'den küçük olan maddeler de iletkendir

Örneğin bakır atomunun son yörüngesinde sadece bir elektron bulunmaktadır Bu da bakırın iletken olduğunu belirler Bakırın iki ucuna bir eletrik enerjisi uygulandığında bakırdaki valans elektronlar güç kaynağının pozitif kutbuna doğru hareket eder Bakır elektrik iletiminde yaygın olarak kullanılmaktadır Sebebi ise maliyetinin düşük olması ve iyi bir iletken olmasıdır En iyi iletken altın, daha sonra gümüştür Fakat bunların maaliyetinin yüksek olması nedeniyle elektrik iletiminde kullanılmamaktadır

İletkenlerin başlıca özellikleri:

• Elektrik akımını iyi iletirler
• Atomların dış yörüngesindeki elektronlar atoma zayıf olarak bağlıdır Isı, ışık ve elektriksel etki altında kolaylıkla atomdan ayrılırlar
• Dış yörüngedeki elektronlara Valans Elektron denir
• Metaller, bazı sıvı ve gazlar iletken olarak kullanılır
• Metaller, sıvı ve gazlara göre daha iyi iletkendir
• Metaller de, iyi iletken ve kötü iletken olarak kendi aralarında gruplara ayrılır
• Atomları 1 valans elektronlu olan metaller, iyi iletkendir Buna örnek olarak, altın, gümüş, bakır gösterilebilir
• Bakır tam saf olarak elde edilmediğinden, altın ve gümüşe göre biraz daha kötü iletken olmasına rağmen, ucuz ve bol olduğundan, en çok kullanılan metaldir
• Atomlarında 2 ve 3 valans elektronu olan demir (2 dış elektronlu) ve alüminyum (3 dış elektronlu) iyi birer iletken olmamasına rağmen, ucuz ve bol olduğu için geçmiş yıllarda kablo olarak kullanılmıştır


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 ilemezler Yalıtkan maddeler iletken maddelerin yalıtımında kullanılır Yalıtkan maddelere örnek olarak tahta, cam ve plastiği verebiliriz İsterseniz bu örnekleri arttırabilirsiniz
Elektrik akımını iletmeyen maddelerdir

Bunlara örnek olarak cam, mika, kağıt, kauçuk, lastik ve plastik maddeler gösterilebilir

Elektronları atomlarına sıkı olarak bağlıdır
Bu maddelerin dış yörüngedeki elektron sayıları 8 ve 8 'e yakın sayıda olduğundan atomdan uzaklaştırılmaları zor olmaktadır


Yarı İletkenler :

Elektrik akımının bir değere kadar akmasına izin vermeyen bu değerden sonra sonsuz küçük direnç gösteren maddelerdir

Yarı iletkenler periyodik cetvelde 3 ve 5 gruba girerler Bu demektir ki son yörüngelerinde elektron alıcılığı veya vericiliği iletkenden fazla yalıtkandan daha azdır


İletkenler: Pt, Ni, Au, Cu, Al, Fe
Yalıtkan: Ebonit, Cam, Tahta, Su
Yarı iletkenler: S, Ge, Br, Al, In(indiyum)


Kısmen Dolu bant ile iletkenlik şeridi çakışmışsa iletken olurlar


DB ile BŞ birbirine yaklaştığı zaman iletken hale gelir
Eğer yarı iletkenlere belirli bir gerilim uygulanırsa YAE yok edilir ve bağlama şeridi ile iletkenlik bandı bitişir ve iletkenleşir

Yarı iletkenlerin başlıca şu özellikleri vardır:

• İletkenlik bakımından iletkenler ile yalıtkanlar arasında yer alırlar,
• Normal halde yalıtkandırlar
• Ancak ısı, ışık ve magnetik etki altında bırakıldığında veya gerilim uygulandığında bir miktar valans elektronu serbest hale geçer, yani iletkenlik özelliği kazanır
• Bu şekilde iletkenlik özelliği kazanması geçici olup, dış etki kalkınca elektronlar tekrar atomlarına dönerler
• Tabiatta basit eleman halinde bulunduğu gibi laboratuarda bileşik eleman halinde de elde edilir
• Yarı iletkenler kristal yapıya sahiptirler Yani atomları kübik kafes sistemi denilen belirli bir düzende sıralanmıştır
• Bu tür yarı iletkenler, yukarıda belirtildiği gibi ısı, ışık, etkisi ve gerilim uygulanması ile belirli oranda iletken hale geçirildiği gibi, içlerine bazı özel maddeler katılarak ta iletkenlikleri arttırılmaktadır
• Katkı maddeleriyle iletkenlikleri arttırılan yarı iletkenlerin elektronikte ayrı bir yeri vardır Bunun nedeni Tablo 21 'de görüldüğü gibi, elektronik devre elemanlarının üretiminde kullanılmalarıdır

Elektroniğin iki temel elemanı olan diyot ve transistörlerin üretiminde kullanılan germanyum (Ge) ve silikon (Si) yarı iletkenleri gelecek bölümde daha geniş olarak incelenecektir

Tablo 21 - Elektronikte yararlanılan yarı iletkenler ve kullanılma yerleri


ADI- KULLANILMA YERİ

Germanyum (Ge) (Basit eleman) Diyot, transistör, entegre, devre
Silikon (Si) (Basit eleman) Diyot, transistör, entegre, devre
Selenyum (Se) (Basit eleman) Diyot
Bakır oksit (kuproksit) (CuO) (Bileşik eleman) Diyot
Galliyum Arsenid (Ga As) (Bileşik eleman) Tünel diyot, laser, fotodiyot, led
Indiyum Fosfur (In P) (Bileşik eleman) Diyot, transistör
Kurşun Sülfür (Pb S) (Bileşik eleman) Güneş pili (Fotosel)

Not:
Germanyum ve silikon periyodik tabloda yer alan iki elementtir
Çoğu ülke periyodik tabloyu kendi dillerinde hazırlamaktadır
Ülkemizde ise, bazı terimler gelişmiş ülke dillerinden alınarak Türkçe 'ye uyarlama yoluna gidilmiştir

Germanyum adı, en çok kullanılan, İngilizce, Almanca ve Fransızca dillerinde "Germanium" olarak yazılmakta ve "germanyum" olarak okunmaktadır

Türkçe 'ye de "germanyum" olarak alınmış ve herkesçe de benimsenmiştir
Silikon 'da durum farklıdır

Silikon yabancı dillerde şöyle yazılmakta ve okunmaktadır:

İngilizce 'de; Silicon (Silikon)
Almanca 'da; Silikon (silikon)
Fransızca 'da; Silicium (silisyum)

Türkçe de ise yararlanılan yabancı kaynaktan esinlenerek kimilerince silikon, kimilerince de silisyum denmiştir

Aşağıdaki şekilde gördüğünüz gibi yarı iletkenlerin valans yörüngelerinde 4 elektron bulunmaktadır Bu yüzden yarı iletkenler iletkenlerle yalıtkanlar arasında yer almaktadır Elektronik elemanlarda en yaygın olarak kullanılan yarı iletkenler Germanyum ve Silisyumdur

Tüm yarı iletkenler son yörüngelerindeki atom sayısını 8 'e çıkarma çabasındadırlar Bu nedenle saf bir germenyum maddesinde komşu atomlar son yörüngelerindeki elektronları Kovalent bağ ile birleştirerek ortak kullanırlar Aşağıdaki şekilde Kovalent bağı görebilirsiniz Atomlar arasındaki bu kovalent bağ germanyuma kristallik özelliği kazandırır Silisyum maddeside özellik olarak germanyumla hemen hemen aynıdır Fakat yarı iletkenli elektronik devre elemanlarında daha çok silisyum kullanılır Silisyum ve Germanyum devre elemanı üretiminde saf olarak kullanılmaz Bu maddelere katkı katılarak Pozitif ve Negatif maddeler elde edilir Pozitif (+) maddelere "P tipi", Negatif (-) maddelerede "N tipi" maddeler denir



N Tipi Yarı İletken :

Arsenik maddesinin atomlarının valans yörüngelerinde 5 adet elektron bulunur Silisyum ile arsenik maddeleri birleştrildiğinde, arsenik ile silisyum atomlarının kurdukları kovalent bağdan arsenik atomunun 1 elektronu açıkta kalır Aşağıdaki şekilde açıkta kalan elektronu görebilirsiniz Bu sayede birleşimde milyonlarca elektron serbest kalmış olur Bu da birleşime "Negatif Madde" özelliği kazandırır N tipi madde bir gerilim kaynağına bağlandığında üzerindeki serbest elektronlar kaynağın negatif kutbundan itilip pozitif kutbundan çekilirler ne gerilim kaynağının negatif kutbundan pozitif kutbuna doğru bir elektron akışı başlar



P Tipi Yarı İletken :

Bor maddesininde valans yörüngesinde 3 adet elektron bulunmaktadır Silisyum maddesine bor maddesi enjekte edildiğinde atomların kurduğu kovalent bağlardan bir elektronluk eksiklik kalır Bu eksikliğe "Oyuk" adı verilir Bu elektron eksikliği, karışıma "Pozitif Madde" özelliği kazandırır P tipi maddeye bir gerilim kaynağı bağlandığında kaynağın negatif kutbundaki elektronlar p tipi maddeki oyukları doldurarak kaynağın pozitif kutbuna doğru ilerlerler Elektronlar pozitif kutba doğru ilerlerken oyuklarda elektronlerın ters yönünde hareket etmiş olurlar Bu kaynağın pozitif kutbundan negatif kutbuna doğru bir oyuk hareketi sağlar



Azınlık ve Çoğunluk Taşıyıcılar :

Silisyum ve germanyum maddeleri tamamiyle saf olarak elde edilememektedir Yani maddenin içinde, son yörüngesinde 5 ve 3 elektron bulunduran atomlar mevcuttur Bu da P tipi maddede elektron, N tipi maddede oyuk oluşmasına sebep olur Fakat P tipi maddede istek dışı bulunan oyuk sayısı, istek dışı bulunan elektron sayısından fazladır Aynı şekilde N tipi maddede de istek dışı bulunan elektron sayısı istek dışı bulunan oyuk sayısından fazladır İşte bu fazla olan oyuk ve elektronlara "Çoğunluk Taşıyıcılar" az olan oyuk ve elektronlara da"Azınlık Taşıyıcılar" denir Azınlık taşıyıcılar yarı iletkenli elektronik devre elemenlarında sızıntı akımına neden olur İçeriğinde çok sayıda yarı iletkenli devre elemanı bulunduran entegrelerde fazladan gereksiz akım çekimine yol açar ve bu da elemanın ısınmasına, hatta zarar görmesine neden olur