Yarı iletkenler yaşamımızın vaz geçilmezi olan pekçok aletlerde kullanılmaktadır.Micro işlemci çiplerinin kalbi niteliğinde olan transistörler yarı iletken malzemelerden üretilmektedirler.Bilgisayar, televizyon, radyo gibi pek çok alet yarı iletkenler sayesinde çalışmaktadırlar.Bugün birçok yarı iletken yongaları ve transistörler silikon ile oluşturulur.Silikon vadisi, veya silikpn ekonomisi gibi ifadeler herhangibir elektronik cihazın kalbi olan sikondan gelmektedirler. Yarı iletken bir malzemede n üretilmiş bir devre elemanı olan diot bunun en basit örneğidir.Yarı iletkenlerin nasıl çalıştığını anlamak için bir başlangıç noktası varsa diotlar mükemmel bir başlangıç noktasıdır.

Gelin yarı iletkenlerin nasıl çalıştığına bir göz atalım.Silikonun (silisyum) periyodik çetveldeki yeri resimde görüldüğü gibidir.

silikon gibi germenyum ve karbonda yarı iletkenler grubundadır.Bu elementlerin benzersiz bir elektron yapısı vardır.Hepsinin dış yörüngelerinde dört elektron vardır.Bu özellik onlara karakteristik bir özellik kazandırmaktadır.Bu dört elektron

diğer komşu dört atomla bir kafes oluşturarakmükemmel bir kovalent bağ oluşturur.Metallerin serbest elektronları atomlar arasında kolaylıkla hareket edebildikleri için metaller çok iyi iletkendirler.Zaten elektrik elektron akışını içermiyor mu?

Yarıiletken malzemeler, akımı iyi iletmezler. Aslında ne iyi bir iletken, nede iyi bir yalıtkandırlar. Çünkü valans bandındaki boşlukların ve ilettim bandındaki serbest elektronların sayısı sınırlıdır. Saf silisyum veya germanyum’un mutlaka serbest elektron veya boşluk sayısı artırılarak iletkenliği ayarlanmalıdır. İletkenliği ayarlanabilen silisyum veya germanyum, elektronik devre elemanlarını

n yapımında kullanılır. Germanyum veya silisyumun iletkenliği ise ancak saf malzemeye katkı maddesi eklenmesi ile sağlanır. Katkı maddesi eklenerek oluşturulan iki temel yarıiletke

n materyal vardır. Bunlara; N-tipi madde ve P-tipi madde denir. Elektronik devre elemanlarının üretiminde bu iki madde kullanılır.Silisyum ve germanyumun iletkenliği kontrollü olarak artırılabilir. İletkenliği kontrollü olarak artırmak için saf yarıiletken malzemeye katkı maddesi eklenir. Bu işleme “doping” denir. Akım taşıyıcılarının (elektron veya boşluk) sayısının artırılması malzemenin iletkenliğini, azaltılması ise malzemenin direnci artırır. Her iki doping olayının sonucunda N-tipi veya P-tipi madde oluşur.

N-Tipi Yarıiletken

Saf silisyumun iletkenlik bandındaki deliklerinin artırılması atomlara katkı maddesi

ekleyerek yapılır. Bu atomlar, 5-değerli valans elektronları olan arsenik (As), fosfor (P), bizmut (Bi) veya antimon’dur. Silisyuma katkı maddesi olarak 5 valans elektrona sahip fosfor belli bir oranda eklendiğin de, diğer silisyum atomları ile nasıl bir kovalent bağ oluşturulduğu şekilde gösterilmiştir. Fosfor atomunun 4 valans elektronu, silisyumun

4 valans elektronu ile

kovalent bağ oluşturur. Fosfor’un 1 valans elektronu açıkta kalır ve ayrılır. Bu açıkta kalan elektron iletkenliği artırır. Çünkü herhangi bir atoma bağlı değildir.İletkenlik, elektron sayıları

ile kontrol edilebilir. Bu ise silisyuma eklenen atomların sayısı ile olur. Katkı sonucu oluşturulan bu iletkenlik elektronu

, valans bandında bir boşluk oluşturmaz.

Akım taşıyıcılarının çoğunluğu elektron olan, silisyum veya germanyum maddesine N tipiyarıiletken malzeme denir. N-tipi malzemede elektronlar, çoğunluk akım taşıyıcıları diye adlandırılır. Böylece N-tipi malzemede akım taşıyıcıları elektronlardır. Buna rağmen ısı ile oluşturulan birkaç tane elektron boşluk çiftleri de vardır. Bu boşluklar 5-değerli katkı

maddesi ile oluşturulmamışlardır. N-tipi malzemede boşluklar azınlık taşıyıcıları olarak adlandırılır.

P-Tipi Yarıiletken

Saf silisyum atomu içerisine, 3 valans elektrona sahip (3-değerli) atomların belli bir oranda eklenmesi ile yeni bir kristal yapı oluşur. Bu yeni kristal yapıda delik (boşluk) sayısı artırılmış olur. 3 valans elektrona sahip atomlara örnek olarak; alüminyum (Al), Bor (B) ve Galyum (Ga) elementlerini verebiliriz. Örneğin; saf silisyum içerisine

belli bir oranda bor katılırsa; bor elementinin 3 valans elektronu, silisyumun 3 valans elektronu ile ortak kovalent bağ oluşturur. Fakat silisyumun 1 valans elektronu ortak valans bağı olu

şturamaz. Bu durumda 1 elektron noksanlığı meydana gelir. Buna “boşluk” veya “delik=hole” denir. Silisyuma eklenen katkı miktarı ile boşlukların sayısı kontrol edilebilir. Bu yöntemle edilen yeni malzemeye P tipi yarıiletken malzeme denir. Çünkü boşluklar pozitif yüklüdür. dolayısı ile P-tipi malzemede çoğunluk akım taşıcıları boşluklardır. Elektronlar ise P tipi malzemede azınlık akım taşıyıcılarıdır. P-tipi malzemede bir kaç adet serbest elektronda oluşmuştur. Bunlar ısı ile oluşan boşluk çifti esnasında meydana gelmiştir. Bu serbest elektronlar, silisyuma yapılan katkı esnasında oluşturulamazlar. Elektronlar P-tipi malzemede azınlık akım taşıyıcılarıdır. Şekil- 1.11 Silisyum kristaline 3 bağlı katkı atomu. Bor katkı atomu merkezde gösterilmiştir.Bir daha ki yazıda diyotların bu malzemelerden nasıl elde edildiğinden bahsedelim..