Yarıiletken Tipleri, Uygulamaları ve Örnekleri



Yarı iletken maruz kaldıkları dış koşullara bağlı olarak, sıcaklık, basınç, radyasyon ve manyetik veya elektrik alanları gibi iletkenlerin veya yalıtkanların işlevini yerine getiren elemanlardır..

Periyodik tabloda, aralarında silikon, germanyum, selenyum, kadmiyum, alüminyum, galyum, bor, indiyum ve karbon bulunan 14 yarı iletken elemanı bulunmaktadır. Yarı iletkenler orta elektriksel iletkenliğe sahip kristal katı maddelerdir, bu nedenle iletken ve yalıtkan olarak ikili şekilde kullanılabilirler.

İletken olarak kullanılırlarsa, belirli koşullar altında şartlar altında elektrik akımının dolaşımına izin verir, ancak yalnızca bir yönde. Ayrıca, iletken metallerden daha yüksek bir iletkenliğe sahip değillerdir..

Yarı iletkenler elektronik uygulamalarda, özellikle transistörler, diyotlar ve entegre devreler gibi bileşenlerin üretiminde kullanılır. Bunlar ayrıca katı hal lazerleri gibi optik sensörler için aksesuarlar veya aksesuarlar olarak ve elektrik enerjisi iletim sistemleri için bazı güç cihazları olarak da kullanılırlar..

Şu anda, bu tip elemanlar hem evsel hem de endüstriyel uygulamalarda telekomünikasyon, kontrol sistemleri ve sinyal işleme alanlarında teknolojik gelişmeler için kullanılmaktadır..

indeks

  • 1 Türleri
    • 1.1 İç yarı iletkenler
    • 1.2 Dışsal yarı iletkenler
  • 2 özellikleri
  • 3 Uygulamalar
  • 4 Örnek
  • 5 Kaynakça

tip

Sundukları kirliliklere ve farklı çevresel uyaranlara fiziksel tepkilerine bağlı olarak farklı yarı iletken malzemeleri vardır..

İç yarı iletkenler

Moleküler yapısı tek tip bir atomdan oluşan elementlerdir. Bu tür içsel yarı iletkenler arasında siliko ve germanyum bulunur..

İç yarı iletkenlerin moleküler yapısı dört yüzlüdür; yani, aşağıdaki resimde gösterildiği gibi dört çevre atom arasında kovalent bağlara sahiptir..

İçsel bir yarı iletkenin her bir atomu 4 değerlik elektronuna sahiptir; yani, her bir atomun en dış tabakasında dönen 4 elektron. Sırayla, bu elektronların her biri bitişik elektronlarla bağlar oluşturur.

Bu şekilde, her atom en yüzeysel katmanında 8 elektrona sahiptir, bu elektronlar ve kristal kafesi oluşturan atomlar arasında katı bir birliktelik oluşturur.

Bu konfigürasyon nedeniyle, elektronlar yapı içinde kolayca hareket etmez. Bu nedenle, standart koşullar altında, iç yarı iletkenler yalıtkan olarak davranırlar.

Bununla birlikte, bazı değerlik elektronları ısı enerjisini emdiği ve bağlardan ayrıldığı için, iç yarı iletkenin iletkenliği sıcaklık arttığında yükselir..

Bu elektronlar serbest elektronlar haline gelir ve eğer elektrik potansiyelindeki bir farkla doğru bir şekilde ele alınırlarsa, kristal kafes içindeki akımın dolaşımına katkıda bulunabilirler..

Bu durumda, serbest elektronlar iletim bandına atlar ve potansiyel kaynağın pozitif kutbuna gider (örneğin bir batarya).

Değerlik elektronlarının hareketi, moleküler yapıda, sistemde pozitif bir yük üretecek olana benzer bir etkiye dönüşen bir vakum oluşturur, bu nedenle pozitif yükün taşıyıcıları olarak kabul edilirler..

Daha sonra, bazı elektronlar iletim bandından yeniden değerleme adını alan, değer katmanı enerjiyi serbest bırakana kadar iletim bandından düşebileceği için ters bir etki meydana gelir..

Ekstrinsik yarı iletkenler

İçsel iletkenlerin içine yabancı maddeleri dahil ederek uyum gösterirler; yani, üç değerlikli veya beş değerli elemanlar ekleyerek.

Bu işlem doping olarak bilinir ve malzemelerin iletkenliğini arttırmayı, fiziksel ve elektriksel özelliklerini geliştirmeyi amaçlar..

Bir intrinsik yarı iletken atomun başka bir bileşenin atomu ile ikame edilmesiyle, aşağıda detaylandırılan iki tip ekstrinsik yarı iletken elde edilebilir..

Yarı iletken tipi p

Bu durumda, kirlilik üç değerlikli bir yarı iletken elemandır; yani değer kabuğunda üç (3) elektron var.

Yapı içindeki izinsiz giriş elemanlarına doping elemanı denir. P-tipi yarı iletkenler için bu elemanların örnekleri, bor (B), galyum (Ga) veya indiyumdur (In)..

İçsel bir yarı iletkenin dört kovalent bağını oluşturmak için bir değerlik elektronu bulunmayan P-tipi yarı iletken, eksik bağlantıda bir boşluğa sahiptir..

Bu, bu pozitif yük taşıyıcı deliğinden kristal ağa ait olmayan elektronların geçişini sağlar.

Bağlantının boşluğunun pozitif yükünden dolayı, bu tür iletkenlere "P" harfi ile çağrılır ve sonuç olarak elektron alıcıları olarak tanınırlar..

Elektronların bağ boşluklarından geçmesi, serbest elektronlardan türetilen akıma ters yönde akan bir elektrik akımı üretir..

Yarı iletken tipi n

Yapılandırmadaki müdahaleci eleman beşgen elemanlar tarafından verilmiştir; yani, değerlik bandında beş (5) elektronu olanlar.

Bu durumda, iç yarı iletken içine dahil edilen safsızlıklar, fosfor (P), antimon (Sb) veya arsenik (As) gibi elementlerdir..

Katkı maddelerinin katılacağı bir kovalent bağlantıya sahip olmadığından, kristal ağ içinde hareket etmek için otomatik olarak serbest olan ekstra değer bir elektrona sahiptir.

Burada elektrik akımı, dopant tarafından sağlanan serbest elektronların fazlalığı sayesinde malzemenin içinde dolaşır. Bu nedenle, N tipi yarı iletkenler elektron donör olarak kabul edilir..

özellikleri

Yarı iletkenler, ikili işlevleri, enerji verimliliği, uygulama çeşitliliği ve düşük maliyetleri ile karakterize edilir. Yarı iletkenlerin en göze çarpan özellikleri aşağıda ayrıntılı olarak açıklanmıştır..

- Tepki (iletken veya yalıtkan), elemanın ışığa duyarlılığına, elektrik alanlarına ve çevrenin manyetik alanlarına bağlı olarak değişebilir..

- Yarı iletken düşük bir sıcaklığa maruz kalırsa, elektronlar değerlik bandında bir arada tutulur ve bu nedenle elektrik akımının dolaşımı için serbest elektronlar ortaya çıkmaz. 

Aksine, eğer yarı iletken yüksek sıcaklıklara maruz kalırsa, termal titreşim element atomlarının kovalent bağlarının kuvvetini etkileyebilir ve elektrik iletimi için serbest elektronlar bırakır..

- Yarı iletkenlerin iletkenliği, içsel yarı iletkenlerin içindeki kirliliklerin veya doping elemanlarının oranına bağlı olarak değişir.

Örneğin, bir milyon silikon atomuna 10 bor atomu dahil edilirse, bu oran, saf silikonun iletkenliğine kıyasla bileşiğin iletkenliğini bin kat arttırır..

- Yarı iletkenlerin iletkenliği 1 ile 10 arasında değişmektedir.-6 S.cm-1, Kullanılan kimyasal elementin türüne bağlı olarak.

- Bileşik ya da dış yarı iletkenler, iç yarı iletkenlerin özelliklerinden oldukça üstün optik ve elektriksel özelliklere sahip olabilirler.Bu özelliğin bir örneği, ağırlıklı olarak radyofrekans ve diğer optoelektronik uygulamalarda kullanılan galyum arsenit (GaA'lar) olabilir..

uygulamaları

Yarı iletkenler, entegre devreler gibi günlük hayatımızın bir parçası olan elektronik elemanların montajında ​​yaygın olarak kullanılmaktadır..

Entegre devrenin ana elemanlarından biri transistörlerdir. Bu cihazlar, belirli bir giriş sinyaline göre bir çıkış sinyali (osilatör, yükseltilmiş veya düzeltilmiş) sağlama fonksiyonunu yerine getirir..

Ek olarak, yarı iletkenler aynı zamanda elektrik akımının sadece bir yönde geçişine izin vermek için elektronik devrelerde kullanılan birincil diyot malzemesidir..

Diyotların tasarımı için, P tipi ve N tipi dış yarı iletken eklemler oluşturulur, alternatif taşıyıcı elemanlar ve elektron donörleri ile her iki bölge arasında bir denge mekanizması çalıştırılır..

Böylece, elektronlar ve her iki bölgedeki delikler kesişir ve gerektiğinde birbirini tamamlar. Bu iki şekilde gerçekleşir:

- Elektronların N tipi bölgeden P bölgesine aktarılması gerçekleşir N tipi bölge ağırlıklı olarak pozitif bir yükleme bölgesi elde eder..

- P-tipi bölgeden N-tipi bölgeye elektron taşıyan deliklerin geçişi sunulur, P-tipi bölge ağırlıklı olarak negatif bir yük elde eder..

Son olarak, akımın sadece bir yönde dolaşımını sağlayan bir elektrik alanı yaratılır; yani, N bölgesinden P bölgesine.

Ek olarak, iç ve dış yarı iletkenlerin kombinasyonlarının kullanılması, hacmini yüzlerce kez içeren bir vakum tüpüne benzer fonksiyonlar gerçekleştiren cihazlar üretebilir.

Bu tür uygulamalar, büyük miktarda elektrik enerjisi kaplayan mikroişlemci yongaları gibi tümleşik devreler için geçerlidir..

Yarı iletkenler, televizyonlar, video oynatıcılar, ses ekipmanları gibi kahverengi hat ekipmanları gibi günlük hayatımızda kullandığımız elektronik cihazlarda bulunur; bilgisayarlar ve cep telefonları.

Örnekler

Elektronik endüstrisinde en sık kullanılan yarı iletken silikondur (Si). Bu malzeme günümüzün bir parçası olan bütünleşik devreleri oluşturan cihazlarda bulunmaktadır..

Germanyum ve silikon alaşımları (SiGe), yüksek hızlı entegre devrelerde, elektro gitarlar gibi elektrikli cihazların radarları ve yükselticileri için kullanılır..

Yarı iletkenin bir başka örneği, sinyal yükselticilerinde, özellikle yüksek kazanç ve düşük gürültü seviyesine sahip sinyallerde yaygın olarak kullanılan galyum arsenit'tir (GaA'lar)..

referanslar

  1. Brian, M. (s.f.) Yarı İletkenler Nasıl Çalışır? Şu kaynaktan alındı: electronics.howstuffworks.com
  2. Landin, P. (2014). İçsel ve dışsal yarı iletkenler. Alınan kaynak: pelandintecno.blogspot.com
  3. Rouse, M. (s.f.). Yarı İletken. Alınan: whatis.techtarget.com
  4. Yarıiletken (1998). Encyclopædia Britannica, Inc. Londra, Birleşik Krallık. Alınan: britannica.com
  5. Yarı iletkenler nelerdir? (N.D.). © Hitachi Yüksek Teknolojileri Şirketi. Alınan kaynak: hitachi-hightech.com
  6. Wikipedia, Özgür Ansiklopedi (2018). Yarı İletken. Alınan: en.wikipedia.org