Temel Elektronik Temel Elektronik - Yarı İletkenler 50 TEMEL ELEKTRON K Kaya YARI LETKENLER Elektrik ak ?m ?n ? bir de ere kadar akmas ?na izin vermeyen bu de erden sonra sonsuz küçük direnç gösteren maddelerdir. Yar ? iletkenler periyodik cetvelde 3. ve 5. gruba girerler. Bu demektir ki son yörüngelerinde elektron al ?c ?l ? ? veya vericili i iletkenden fazla yal ?tkandan daha azd ?r. letkenler: Pt, Ni, Au, Cu, Al, Fe........... Yal ?tkan: Ebonit, Cam, Tahta, Su.......... Yar ? iletkenler: S, Ge, Br, Al, In(indiyum)........ K ?smen Dolu bant ile iletkenlik eridi çak ? m ? sa iletken olurlar. DB ile B birbirine yakla t ? ? zaman iletken hale gelir. E er yar ? iletkenlere belirli bir gerilim uygulan ?rsa YAE yok edilir ve ba lama eridi ile iletkenlik band ? biti ir ve iletkenle ir. BÖLÜM 4 51 TEMEL ELEKTRON K Kaya LETKEN, YALITKAN VE YARI LETKENLER Yeryüzündeki bütün maddeler, atom 'lar dan olu mu tur. Atom ise ortada bir çekirdek ve bunun etraf ?ndaki de i ik yörüngelerde hareket eden elektronlardan olu maktad ?r. Elektronlar, negatif elektrik yüküne sahiptirler. Bir etkime yolu ile atomdan ayr ?lan elektronlar ?n bir devre içerisindeki hareketi, elektrik ak ?m ?n ? olu turur. Elektronlar ?n her madde içerisindeki hareketi ayn ? de ildir. Elektron hareketine göre maddeler üçe ayr ?l ?r: letkenler Yal ?tkanlar Yar ? iletkenler LETKENLER letkenlerin ba l ?ca özellikleri: Elektrik ak ?m ?n ? iyi iletirler. Atomlar ?n d ? yörüngesindeki elektronlar atoma zay ?f olarak ba l ?d ?r. Is ?, ? ?k ve elektriksel etki alt ?nda kolayl ?kla atomdan ayr ?l ?rlar. D ? yörüngedeki elektronlara Valans Elektron denir. Metaller, baz ? s ?v ? ve gazlar iletken olarak kullan ?l ?r. Metaller, s ?v ? ve gazlara göre daha iyi iletkendir. Metaller de, iyi iletken ve kötü iletken olarak kendi aralar ?nda gruplara ayr ?l ?r. Atomlar ? 1 valans elektronlu olan metaller, iyi iletkendir. Buna örnek olarak, alt ?n, gümü , bak ?r gösterilebilir. Bak ?r tam saf olarak elde edilmedi inden, alt ?n ve gümü e göre biraz daha kötü iletken olmas ?na ra men, ucuz ve bol oldu undan, en çok kullan ?lan metaldir. Atomlar ?nda 2 ve 3 valans elektronu olan demir (2 d ? elektronlu) ve alüminyum (3 d ? elektronlu) iyi birer iletken olmamas ?na ra men, ucuz ve bol oldu u için geçmi y ?llarda kablo olarak kullan ?lm ? t ?r. 52 TEMEL ELEKTRON K Kaya YALITKANLAR Elektrik ak ?m ?n ? iletmeyen maddelerdir. Bunlara örnek olarak cam, mika, ka ?t, kauçuk, lastik ve plastik maddeler gösterilebilir. Elektronlar ? atomlar ?na s ?k ? olarak ba l ?d ?r. Bu maddelerin d ? yörüngedeki elektron say ?lar ? 8 ve 8 'e yak ?n say ?da oldu undan atomdan uzakla t ?r ?lmalar ? zor olmaktad ?r. YARI LETKENLER Yar ? iletkenlerin ba l ?ca u özellikleri vard ?r: letkenlik bak ?m ?ndan iletkenler ile yal ?tkanlar aras ?nda yer al ?rlar, Normal halde yal ?tkand ?rlar. Ancak ?s ?, ? ?k ve magnetik etki alt ?nda b ?rak ?ld ? ?nda veya gerilim uyguland ? ?nda bir miktar valans elektronu serbest hale geçer, yani iletkenlik özelli i kazan ?r. Bu ekilde iletkenlik özelli i kazanmas ? geçici olup, d ? etki kalk ?nca elektronlar tekrar atomlar ?na dönerler. Tabiatta basit eleman halinde bulundu u gibi laboratuarda bile ik eleman halinde de elde edilir. Yar ? iletkenler kristal yap ?ya sahiptirler. Yani atomlar ? kübik kafes sistemi denilen belirli bir düzende s ?ralanm ? t ?r. Bu tür yar ? iletkenler, yukar ?da belirtildi i gibi ?s ?, ? ?k, etkisi ve gerilim uygulanmas ? ile belirli oranda iletken hale geçirildi i gibi, içlerine baz ? özel maddeler kat ?larak ta iletkenlikleri artt ?r ?lmaktad ?r. Katk ? maddeleriyle iletkenlikleri artt ?r ?lan yar ? iletkenlerin elektronikte ayr ? bir yeri vard ?r. Bunun nedeni Tablo 2.1 'de görüldü ü gibi, elektronik devre elemanlar ?n ?n üretiminde kullan ?lmalar ?d ?r. Elektroni in iki temel eleman ? olan diyot ve transistörlerin üretiminde kullan ?lan germanyum (Ge) ve silikon (Si) yar ? iletkenleri gelecek bölümde daha geni olarak incelenecektir. 53 TEMEL ELEKTRON K Kaya Tablo 2.1 - Elektronikte yararlan ?lan yar ? iletkenler ve kullan ?lma yerleri. ADI KULLANILMA YER Germanyum (Ge) (Basit eleman) Diyot, transistör, entegre, devre Silikon (Si) (Basit eleman) Diyot, transistör, entegre, devre Selenyum (Se) (Basit eleman) Diyot Bak ?r oksit (kuproksit) (CuO) (Bile ik eleman) Diyot Galliyum Arsenid (Ga As) (Bile ik eleman) Tünel diyot, laser, fotodiyot, led Indiyum Fosfur (In P) (Bile ik eleman) Diyot, transistör Kur un Sülfür (Pb S) (Bile ik eleman) Güne pili (Fotosel) Not: Germanyum ve silikon periyodik tabloda yer alan iki elementtir. Ço u ülke periyodik tabloyu kendi dillerinde haz ?rlamaktad ?r. Ülkemizde ise, baz ? terimler geli mi ülke dillerinden al ?narak Türkçe 'ye uyarlama yoluna gidilmi tir. Germanyum ad ?, en çok kullan ?lan, ngilizce, Almanca ve Frans ?zca dillerinde "Germanium" olarak yaz ?lmakta ve "germanyum" olarak okunmaktad ?r. Türkçe 'ye de "germanyum" olarak al ?nm ? ve herkesçe de benimsenmi tir. Silikon 'da durum farkl ?d ?r. Silikon yabanc ? dillerde öyle yaz ?lmakta ve okunmaktad ?r: ngilizce 'de; Silicon (Silikon), Almanca 'da; Silikon (silikon) Frans ?zca 'da; Silicium (silisyum) Türkçe de ise yararlan ?lan yabanc ? kaynaktan esinlenerek kimilerince silikon, kimilerince de silisyum denmi tir. 54 TEMEL ELEKTRON K Kaya ENERJ SEV YELER VE BANT YAPILARI Bilindi i gibi elektronlar, atom çekirde i etraf ?nda belirli yörüngeler boyunca sürekli dönmektedir. Bu hareket, dünyan ?n güne etraf ?nda dönü üne benzetilir. Hareket halindeki elektron, u iki kuvvetin etkisi ile yörüngesinde kalmaktad ?r: 1) Çekirde in çekme kuvveti 2) Dönme hareketi ile olu an merkezkaç kuvveti ENERJ SEV YELER Hareket halinde olmas ? nedeniyle her yörünge üzerindeki elektronlar belirli bir enerjiye sahiptir. E er herhangi bir yolla elektronlara, sahip oldu u enerjinin üzerinde bir enerji uygulan ?rsa, ara yörüngedeki elektron bir üst yörüngeye geçer. Valans elektrona uygulanan enerji ile de elektron atomu terk eder. Yukar ?da belirtildi i gibi valans elektronun serbest hale geçmesi, o maddenin iletkenlik kazanmas ? demektir. Valans elektronlara enerji veren etkenler: 1) Elektriksel etki 2) Is ? etkisi 3) I ?k etkisi 4) Elektronlar kanal ?yla yap ?lan bombard ?man etkisi 5) Manyetik etki Ancak, valans elektronlar ? serbest hale geçirecek enerji seviyeleri madde yap ?s ?na göre öyle de i mektedir: letkenler için dü ük seviyeli bir enerji yeterlidir. Yar ? iletkenlerde oldukça fazla enerji gereklidir. Yal ?tkanlar için çok büyük enerji verilmelidir. 55 TEMEL ELEKTRON K Kaya BANT YAPILARI Maddelerin iletkenlik dereceleri, en iyi ekilde, a a ?da aç ?kland ? ? gibi, bant enerjileri ile tan ?mlan ?r. Valans band ? enerji seviyesi: ekil 2.1 'de görüldü ü gibi her maddenin, valans elektronlar ?n ?n belirli bir enerji seviyesi vard ?r. Buna valans band ? enerjisi denmektedir. letkenlik band ? enerji seviyesi: Valans elektronu atomdan ay ?rabilmek için verilmesi gereken bir enerji vard ?r. Bu enerji, iletkenlik band ? enerjisi olarak tan ?mlan ?r. letkenlerde iletim için verilmesi gereken enerji: letkenlerin, ekil 2.1.(a) 'da görüldü ü gibi, valans band ? enerji seviyesi ile iletkenlik band ? enerji seviyesi biti iktir. Bu nedenle verilen küçük bir enerjiyle, pek çok valans elektron serbest hale geçer. Yar ? iletkenlerde iletim için verilmesi gereken enerji: Yar ? iletkenlerin valans band ? ile iletkenlik band ? aras ?nda ekil 2.1.(b) 'de görüldü ü gibi belirli bir bo luk band ? bulunmaktad ?r. Yar ? iletkeni, iletken hale geçirebilmek için valans elektronlar ?na, bo luk band ?n ?nki kadar ek enerji vermek gerekir. Yal ?tkanlarda iletim için verilmesi gereken enerji: Yal ?tkanlarda ise, ekil2.1.(c) 'de görüldü ü gibi oldukça geni bir bo luk band ? bulunmaktad ?r. Yani elektronlar ?, valans band ?ndan iletkenlik band ?na geçirebilmek için oldukça büyük bir enerji verilmesi gerekmektedir. 56 TEMEL ELEKTRON K Kaya ekil - 2.1 letkenlik derecesine göre de i en bant enerjileri (a) letken, (b) Yar ? iletken, (c) Yal ?tkan SAF GERMANYUM VE S L KONUN KR STAL YAPISI, KOVALAN BA LARI Germanyum ve Silikon yar ? iletkenleri, kristal yap ?lar ?n ?n kazand ?rd ? ? bir tak ?m iletken özelli ine sahiptir. Germanyum ve Silikon, elektroni in ana elemanlar ? olan, D YOTLARIN, TRANS STÖRLER N ve ENTEGRE DEVRELER N üretiminde kullan ?lmaktad ?r. Bu nedenle, elektronik devre elemanlar ? hakk ?ndaki temel bilgilerin edinilebilmesi bak ?m ?ndan bu iki yar ? iletkenin yap ?lar ?n ?n iyi bilinmesi gerekir. Her iki yar ? iletken de tabiattan elde edilmekte ve safla t ?r ?larak monokristal haline getirildikten sonra devre elemanlar ?n üretiminde kullan ?lmaktad ?r. 57 TEMEL ELEKTRON K Kaya GERMANYUMUN ELDE ED L : Germanyum ba l ?ca iki kaynaktan sa lan ?r: 1) Baz ? cins maden kömürünün baca tozlar ?ndan, 2) Çinko rafine endüstrisi yan ürünlerinden Yukar ?da belirtilen kaynaklardan germanyumun olu turulabilmesi için uzun i lemler gerekmektedir. Bu iki evrede olu turulan germanyum henüz saf de ildir. içerisinde baz ? yabanc ? maddeler bulunur. Germanyumun kullan ?labilinmesi için önce içindeki yabanc ? madde oran ?n ?n 1/108 'in alt ?na dü ürülmesi gerekmektedir. Bunu sa lamak içinde ikinci evre olarak safla t ?rma i lemi yap ?l ?r. GERMANYUMUN SAFLA TIRILMASI: Germanyumun safla t ?r ?lmas ?nda en çok uygulanan yöntem "Bölgesel safla t ?rma" d ?r. Çubuk ekline getirilmi , yakla ?k 100 gram a ?rl ? ?ndaki germanyum ekil 2.2 'de görüldü ü gibi özel bir pota içerisine konularak, saatte 5-6 cm 'lik h ?zla, endüksiyon yolu ile ?s ?t ?lan bir f ?r ?n ?n içerisinden geçirilir. Is ?t ?c ? sistem, germanyumun erime derecesi olan 936°C 'ye ayarlan ? t ?r. Germanyum çubu un ?s ?t ?c ? içerisine giren ucu erimeye ba lar ve çubu un hareketi ile erime bir uçtan öbür uca do ru devam eder. Ayn ? anda germanyum içerisinde ki yabanc ? maddeler de eriyerek çubu un arka taraf ?na toplan ?r. Safla t ?rma sonunda bu uç kesilerek al ?n ?r. 58 TEMEL ELEKTRON K Kaya Kesilecek uç direnç kontrolü ile belirlenir. Germanyum safla t ?kça direnci artmaktad ?r. Gerekirse bu i lemler birkaç kez daha tekrarlanarak germanyumun safl ?k derecesi artt ?r ?labilir. Bu halde germanyum henüz polikristal 'dir. S L KONUN ELDE ED LMES VE SAFLA TIRILMASI: Silikon tabiatta silika (Kuartz yahut kum) halinde bol miktarda bulunur. Silikon, germanyum için anlat ?lan yöntemle safla t ?r ?lmaz. çerisinde bulunan BOR "bölgesel safla t ?rma" yolu ile tamamen al ?namamaktad ?r.Safla t ?rma i lemi çok uzun sürmektedir....... GERMANYUMUN MONOKR STAL HAL NE GET R MES : Germanyum ve silikon ancak MONOKR STAL haline getirildikten sonra D YOT, TRANS STÖR ve ENTEGRE DEVRELER N üretiminde kullan ?labilir. "Monokristal" kelimesi uluslararas ? bir terimdir ve TEK T P KR STAL anlam ?na gelmektedir. ekil 2.3 - Germanyumun monokristal haline getirilmesi 59 TEMEL ELEKTRON K Kaya Germanyumda monokristal yap ? öyle olu maktad ?r: Poli kristalli saf germanyum grafit bir pota içerisinde ergime derecesine kadar ?s ?t ?l ?r. Ergimi germanyum içerisine, ekil 2.3 'te görüldü ü gibi monokristal halindeki germanyum çubuk dald ?r ?l ?p yava yava döndürülerek çekilir. Çekme i lemi ilerledikçe, eriyik halindeki germanyum da yüzeysel gerilim etkisiyle çubuk etraf ?nda toplan ?r ve ayn ? zamanda çubu un kristal yap ?s ?na uygun olarak kat ?la ?r. Bütün eriyik kat ?la ?ncaya kadar ayn ? i lemle çekmeye devam edilir. Sounda, monokristal yap ?ya sahip bir germanyum kitlesi ortaya ç ?kar. S L KONUN MONOKR STAL HAL NE GET R LMES : Her ne kadar, monokristal silikon da Germanyum gibi tek kristal çekirdekten üretilse de, ergime derecesinin yüksek (1420°C) olmas ? ve ba ka maddelerle birle memesi nedeniyle i lem ayr ?nt ?lar ?nda farkl ?l ?klar vard ?r. SAF GERMANYUM VE S L KONUN KR STAL YAPISI Gerek Germanyum gerekse de Silikon kristal yap ? bak ?m ?ndan ayn ? oldu undan, anlat ?mda örnek olarak birinin veya di erinin al ?nmas ? fark etmemektedir. Daha önce de aç ?kland ? ? gibi, germanyum ve silikonun yararl ? hale gelebilmesi için monokristal yap ?ya dönü türülmeleri gerekmektedir. MONO KR STAL YAPI NED R? Monokristal yap ?da atomlar ekil 2.4 'te üç boyutlu olarak gösterildi i gibi, bir kübik kafes sistemi olu turmaktad ?r. Sistemdeki kürecikler, atomlar ? gösteriyor. Atomlar aras ?ndaki yollar da kovalan ba lar ? sembolize ediyor. 60 TEMEL ELEKTRON K Kaya KOVALAN BA Monokristal yap ?larda, valans elektronlar kom u iki atomun d ? yörüngelerinde birlikte bulunmaktad ?r. Bu durum iki elektron aras ?da sanki bir ba varm ? gibi yorumlanmaktad ?r. te bu sembolik ba a kovalan ba ad ? verilir. ekil 2.5 'te Germanyum monokristalin atomlar ? aras ?ndaki kovalan ba lar gösterilmi tir. Kovalan ba lar ?n ucundaki elektronlar her iki atoma da ba l ? bulundu undan atomlar ?n d ? yörüngeleri 8 elektronlu olmaktad ?r. D ? yörüngesinde 8 elektron bulunan atomlar elektron almaya ve vermeye istekli olmazlar. NOT: Kimilerince "kovalan" yerine ngilizce yaz ?l ?m ?na uyarak "kovelent" terimi kullan ?lmaktad ?r. "KOVALAN" kelimesi Türkçe ses uyumu bak ?m ?ndan daha uygundur. Bir monokristal ?s ?t ?ld ? ?nda veya ? ?k ve elektriksel gerilim etkisi alt ?nda b ?rak ?ld ? ?nda, kovalan ba kuvvetini yenen çok az say ?daki elektron atomdan uzakla ?r. Bu durum bir yar ? iletkenlik belirtisi olmaktad ?r. 61 TEMEL ELEKTRON K Kaya SAF OLMAYAN (KATKILI MADDEL ) GERMANYUM VE S L KONUN KR STAL YAPISI Diyotlar, transistörler, entegre devreler v.b. gibi aktif devre elemanlar ?n ?n yap ?m ?nda kullan ?lan germanyum ve silikon yar ? iletken kristallerinin önce N ve P tipi kristaller haline dönü türülmeleri gerekmektedir. N veya P tipi kristal yap ?s ?n ? elde edebilmek için. ekil 2.6 'da görüldü ü gibi bir pota içerisine konulan germanyum veya silikon monokristali eritilir, belirli oranlarda katk ? maddesi kar ? t ?r ?l ?r. Sonrada özel olarak haz ?rlanm ? monokristal çekirdek, eriyi e dald ?r ?l ?p döndürülerek çekilir. Konulan katk ? maddesinin cinsine göre çekilen kristal N veya P tipi olur. 62 TEMEL ELEKTRON K Kaya 1. N T P LETKEN KR STAL N T P LETKEN KR STAL N OLU UMU Eritilen Germanyum veya Silikon kristaline Tablo 2.2 'de verilen 5 valans elektronlu fosfor, arsenik, antimuvan gibi katk ? maddelerinden biri kat ?l ?r. Yukar ?da anlat ?lan yöntem uygulanarak bu katk ? maddesi atomlar ?n ?n kristal içine yay ?l ?p etraf ?ndaki Germanyum veya Silikon atomlar ? ile kovalan ba olu turmas ? sa lan ?r. 63 TEMEL ELEKTRON K Kaya Tablo 2.2. N ve P tipi kristallerin yap ?m ?nda kullan ?lan elementler. Yörüngedeki elektron say ?s ? Atom numaras ? Eleman ad ? Sembolü K L M N O 13 14 15 31 32 33 49 51 Alüminyum Silikon Fosfor Galliyum Germanyum Arsenik ndiyum Antimuvan Al Si P Ga Ge As In Sb 2 2 2 2 2 2 2 2 8 8 8 8 8 8 8 8 3 4 5 18 18 18 18 18 3 4 5 18 18 3 5 Katk ? maddesinin kristal yap ? içerisinde yer al ? ?: ekil 2.7 'de katk ? maddesi olarak en çok kullan ?lan Arseni in Germanyum kristalinde yer al ? ? gösterilmi tir. Arsenik 5 valans elektronlu oldu undan ancak 4 elektronu kom u germanyum atomlar ?yla kovalan ba olu turur. 5. elektron ise çekirde in pozitif çekme kuvvetinin etkisi alt ?nda zay ?f olarak atoma ba l ? kalmakta ve ufak bir enerji alt ?nda serbest hale geçmektedir. Hatta, bir k ?sm ? ba lang ?çta, ?s ? ve ? ?k etkisiyle atomdan ayr ?l ?r. Böylece Arsenik, Germanyum kristali için bir elektron kayna ? olmaktad ?r ve kristal içerisinde pek çok serbest elektron bulunmaktad ?r. Bu yap ?, N tipi yar ? iletken kristali olarak tan ?mlan ?r. 64 TEMEL ELEKTRON K Kaya "N tipi kristal" deyimindeki harfi, "Negatif" kelimesinin ilk harfidir. Kristal içerisindeki SERBEST ELEKTRONLARIN yaratt ? ? "negatif elektrik yükünü" sembolize etmektedir. N tipi kristaldeki AKIM TA IMA LEM N bu elektronlar gerçekle tirmektedir. N T P YARI LETKEN KR STALL NDE BULUNANLAR Ge veya Si ATOMLARI: Kristal yap ?y ? olu turmaktad ?r. Aralar ?nda Kovalan ba vard ?r. VER C KATKI MADDES : Atomlar ? kolayl ?kla elektron veren katk ? elementleridir. Bu nedenle Verici Katk ? Maddesi denmi tir. POZ T F YONLAR: Verici katk ? maddesi atomlar ?n ?n tamam ?na yak ?n k ?sm ?, Ge veya Si atomlar ? ile kovalan ba olu turarak 1 elektronunu kaybetmi oldu undan POZ T F YON halindedirler. Ancak, kovalan ba l ? oldu undan elektriksel bir etkisi bulunmamaktad ?r. ÇO UNLUK TA IYICILARI: Verici katk ? maddesinden ayr ?lm ? olan elektronlard ?r. Bu elektronlara, çok say ?da oldu undan ve ak ?m ta ?ma görevini de yürüttü ünden, ço unluk ta ?y ?c ?lar ? ad ? verilmi tir. AZINLIK TA IYICILARI: N tipi germanyum veya silikon kristalinde, ?s ? ve ? ?k emi i nedeniyle, veya gerilim etkisiyle kovalan ba lar ?n ? koparan bir k ?s ?m elektronun atomdan ayr ?lmas ? sonucu, geride pozitif elektrik yüklü Ge veya Si atomlar ? kalmaktad ?r. 65 TEMEL ELEKTRON K Kaya Bu tür atomlar da elektrik ak ?m ? ta ?ma özelli ine sahiptir. Ancak az ?nl ?kta kald ? ?ndan, bunlara da az ?nl ?k ta ?y ?c ?lar ? denmi tir. Normal çal ? ma düzeninde önemli say ?labilecek rolleri bulunmamaktad ?r. ekillerde Gösterilenler: Kristal yap ?y ? göstermek için kullan ?lan ekillerde, sadelik bak ?m ?ndan yaln ?zca, kristale as ?l özelli ini kazand ?ran atom ve elektrolar gösterilmektedir. N tipi bir kristale, ekil 2.8 'de gösterilmi oldu u gibi unlar özellik kazand ?rmaktad ?r: 1) Serbest elektronlar: Ak ?m ta ?y ?c ?lard ?r. 2) Verici katk ? maddesi atomlar ?: Etkisiz "pozitif iyon" halinde oldu undan, daire içerisinde gösterilmi tir. ekil 2.8 - N tipi yar ? iletken kristali (-): Serbest elektronlar. (Ak ?m iletimini sa lar.) (+):Verici katk ? maddesi atomlar ?. (Etkisiz "+" iyon halindedir.) 2. P T P YARI LETKEN KR STAL Germanyum veya Slikon kristaline Alüminyum gibi 3 valans elektrona sahip bir katk ? maddesi ilave edildi in de, ekil 2.9 'da da görüldü ü gibi, u geli meler olur. Bu katk ? maddelerinin 3 valans elektron bulundu undan, atom teorisi gere ince bunu 4 'e tamamlamak ister, Bu nedenle, kom u Ge veya Si atomundan 1 elektron al ?r ve 4 kovalan ba olu turur. 1 elektron alan katk ? maddesi atomu, NEGAT F YON haline gelir. Ancak, kovalan ba l ? oldu undan herhangi bir elektriksel etkinli i olmaz. 1 elektronu kaybeden Ge veya Si atomunda 1 ELEKTRON BO LU U olu ur. Bu bo luk, genellikle delik veya oyuk olarak adland ?r ?l ?r. Ancak bu terimler elektriksel yönden atomun durumunu yans ?tmamaktad ?r. 66 TEMEL ELEKTRON K Kaya Bir elektronu veren atom, pozitif elektrik yükü hale geldi inden, delik veya oyuk yerine "POZ T F ELEKTR K YÜKÜ" demek daha do rudur. Nitekim olu an kristale, " pozitif elektrik yükleri" amaçlanarak P T P KR STAL denmi tir. P tipi kristalde ak ?m ta ?ma i lemi "pozitif elektrik yükleri" taraf ?ndan gerçekle tirilir. P T P YARI LETKEN KR STAL NDE BULUNANLAR Ge veya Si ATOMLARI: Kristal yap ?y ? olu turmaktad ?r. VER C KATKI MADDES : Elektron almak üzere, kat ?lan madde. NEGAT F YONLAR: Katk ? maddesi atomlar ?n ?n tamam ?na yak ?n k ?sm ?, Si veya Ge atomlar ?ndan 1 elektron olarak negatif elektrik yüklü hale gelmektedir. Ancak, bunlar kovalan ba l ? oldu undan elektriksel bir etkisi bulunmadan negatif iyon halinde kalmaktad ?r. ÇO UNLUK TA IYICILARI: 1 elektronu kaybetmi olan ve dolay ?s ?yla da, pozitif elektrik yüklü (oyuklu) hale gelen çok say ?daki Si ve Ge atomlar ?d ?r. Bunlar P tipi kristalde ak ?m ta ?ma görevi yaparlar. AZINLIK TA IYICILARI: P tipi kristalde bulunabilen çok az say ?daki serbest elektronlard ?r. Bunlara da, ak ?m ta ?y ?c ? olarak az say ?da bulundu undan, az ?nl ?k ta ?y ?c ?lar ? denmi tir. 67 TEMEL ELEKTRON K Kaya ekillerde Gösterilenler: ekil 2.10 'da görüldü ü gibi, kristal yap ?y ? göstermek için kullan ?lan ekillerde, sadelik bak ?m ?ndan yaln ?zca, kristale özellik kazand ?ran atomlar ve elektronlar gösterilir. P tipi kristalde unlar gösterilmektedir: 1) Pozitif elektrik yükleri (oyuklar): Ak ?m iletimini sa lamaktad ?rlar. 2) Al ?c ? katk ? maddesi atomlar ?: Etkisiz (-) iyon halindedirler. ekil 2.10 - P tipi yar ? iletken kristali (+): Pozitif elektrik yükleri. (oyuklar) (Ak ?m iletimi sa lamaktad ?r.) (-): Al ?c ? katk ? maddesi atomlar ?. (Etkisiz "-" iyon halindedirler.) N VE P YARI LETKEN KR STALLER NDE ELEKTR N VE POZ T F ELEKT K YÜKÜ (OYUK) HAREKETLER N T P KR STALDE ELEKTRONLARIN HAREKET N tipi yar ? iletken kristaline gerilim uyguland ? ?nda, kristal içerisindeki serbest elektronlar, ekil 2.11 'de görüldü ü gibi, gerilim kayna ?n ?n pozitif kutbunun çekme kuvveti ve negatif kutbunun da itme kuvveti etkisiyle, kayna ?n pozitif (+) kutbuna do ru akar.; Bu arada, kayna ?n negatif (-) kutbundan ç ?kan elektronlar da kristale do ru hareket eder. Burada önemli bir hususu belirtmek gerekiyor: Eskiden beri uygulanan uluslar aras ? kurallara göre, d ? devredeki ak ?m yönü, ekil 2.11 'de görüldü ü gibi gerilim kayna ?n ?n, pozitif kutbundan negatif kutbuna do ru, yani elektron ak ? ?n ?n tersi yönde gösterilmektedir. 68 TEMEL ELEKTRON K Kaya Ak ?m ?n bir devredeki i levi bak ?m ?ndan, yönün önemi yoktur. Ancak baz ? devre hesaplar ?nda yön i areti koymak gerekebilir. Böyle bir durumda "+" --> "-" yönü pozitif yön ve "-" --> "+" yönü negatif yön al ?n ?r. P T P KR STALLERDE POZ T F ELEKTR K YÜKÜNÜN (OYUK) HAREKET "Pozitif elektrik yükü" (oyuk) bir elektron gibi hareket etmemektedir. Ancak anlat ?m kolayl ? ? bak ?m ?ndan, hareket etti i kabul edilmi tir. Katk ? maddesi yokken, Ge ve Si atomlar ?n ?n kovalan ba lar ?n ? k ?rarak bir elektronunu almak çok zor oldu u halde, katk ? maddesi bu i lemi kolayla t ?rmaktad ?r. Ve bir gerilim uyguland ? ?nda ak ?m iletimi sa lanmaktad ?r. P tipi bir kristale ekil 2.12 'deki gibi bir gerilim kayna ? ba lan ?rsa u geli meler olmaktad ?r. 1) Durum: Kayna ?n pozitif kutbuna yak ?n bulunan ve bir elektronunu katk ? maddesine vererek "+" elektrik yüklü hale gelmi olan Ge ve Si atomu, kayna ?nda çekme kuvveti yard ?m ?yla, bir sonraki atomun kovalan ba ?n ? k ?rarak, 1 elektronunu al ?r. Ancak, dengesi bozulmu olan atom bu elektronu s ?k ? tutamayaca ?ndan, kayna ?n pozitif kutbunun çekme kuvveti etkisine kap ?lan elektron atomdan ayr ?larak kayna a do ru hareket eder. 2) Durum: Bir elektronunu kaybeden ikinci atom da ondan sonraki atomun elektronunu al ?r. 69 TEMEL ELEKTRON K Kaya 3) -5. Durum: Böylece, elektron bir atomdan di erine geçecek ve son atom da kaybetti i elektronu kayna ?n negatif kutbundan alacakt ?r. 6. Durum:Tekrar birinci duruma dönülmekte ve olay devam etmektedir. S ?ra ile bir elektronu kaybeden her bir atom, pozitif elektrik yüklü hale geldi inden pozitif elektron yükü (oyuk) hareket ediyormu gibi olmaktad ?r. Her ne kadar pozitif elektrik yükü, yani bu yükü ta ?yan atom, elektron gibi bir noktadan kalk ?p di erine do ru hareket edemese de, ard arda olu an "+" elektrik yüklü atomlar, "+" elektrik yükünün (oyu un) hareket etti i görüntüsünü vermektedir. Böyle bir aç ?klama ekli, diyotlar ?n ve transistörlerin çal ? ma prensibini daha k ?sa yoldan anlat ?m ?n ? sa lamaktad ?r. Elektronlar ?n atomdan atoma geçi i, hareket h ?z ?n ? dü ürdü ünden P tipi kristaldeki ak ?m h ?z ? N tipine göre daha yava t ?r. 70 TEMEL ELEKTRON K Kaya Bu aç ?klamalar yard ?m ?yla, P tipi kristaldeki ak ?m iletimi u ekilde yorumlan ?r: ekil 2.13 'de görüldü ü gibi, P tipi kristale bir gerilim kayna ? ba lans ?n. P tipi kristaldeki ak ?m iletimi de N tipi kristale benzer ekilde aç ?klan ?r. Gerilim kayna ?, N tipi kristaldeki elektronlar ? nas ?l etkiliyorsa, P tipi kristalde de pozitif elektrik yüklerini benzer ekilde etkiledi i dü ünülür. öyle ki: ekil 2.13 'ten takip edilirse, Gerilim kayna ?n ?n "+" kutbu, kristaldeki "+" elektrik yüklerini iter ve "-" kutbu da çeker. Böylece, "+" elektrik yükleri, ekilde oklar ile gösterilmi oldu u gibi, kayna ?n negatif kutbuna do ru hareket eder. Bu hareket devreden bir ak ?m ?n ak ? ?n ? sa lar. Devredeki ak ?m ?n olu umu, bu ekilde k ?sa yoldan aç ?klanm ? olmaktad ?r. Ancak pozitif elektrik yüklerinin hareketi yaln ?zca kristal içerisinde kalmaktad ?r. D ? devrede hareket eden yine elektronlard ?r. D ? devrede elektronlar ?n hareket yönü, yine kurallara uygun olarak kristalden kayna ?n "+" kutbuna ve kayna ?n "-" kutbundan kristale do rudur. D ? devre ak ?m yönü de yine kurallar gere ince, kayna ?n "+" kutbundan ç ?k ?p, "-" kutbuna do ru olan yöndür. ekil 2.13 - P tipi gerilim kayna ? ba lanmas ? halinde pozitif elektrik yükü (oyuk) ve elektron hareketleri