Temel Elektronik
Temel elektronik dersleri hoşsohbet bir hocanın klavyesinden dökülüyor.
Bu ay iletken, yalıtkan ve yarı iletken maddeleri açıklamaya çalışacağım.
Elektrikle iyi kötü ilgilenen herkesin bildiği gibi iletken, elektrik akımı
iletir. Yalıtkan elektrik akımını iletmez. Yarı iletken elektrik akımın …..
Şimdi burada duralım. Yarı iletkenin ne yaptığını anlatmadan önce bir madde
nasıl iletken veya yalıtkan olur. Buna bağlı olarak da yarı iletken malzemenin
yapısı açıklayacağım.
Bilindiği gibi maddenin yapı taşına ATOM diyoruz. Atomun yapısı nasıldı?
Bunu yukarıdaki Silikon atomunun şeklinde görebiliriz. Bu biçimdeki atom
modeline BOHR modeli denmektedir. Aslında bilim adamları atom
içerisinde habire yeni parçacıklar bulsalar da bizi şimdilik o kadar
ilgilendirmiyor. Bu modelde ne var? Ortada bir çekirdek. Çekirdeğin
içinde eşit sayıda proton ve nötron bulunmaktadır. Protonlar atomun
pozitif elektrik yükünü oluştururlar, nötronlar ise atomun kütlesini oluş-
turmaktadırlar. Çekirdeğin dışında çeşitli yörüngelerde dolaşan ve
atomun negatif elektrik yükünü oluşturan elektronlar vardır. Geçen sayıda
evrende her şey dengededir demiştim. Burada da atomun dengede olması
için elektronların sayısı protonların sayısına eşit olması gerekmektedir.
Yukarıdaki şekilde gösterilen silikon atomunun elektronları en iç
yörüngede 2 adet ortada 8 adet ve en dışta ise 4 adet olarak dizilmiştir.
Bunların iç ve orta yörüngede olan 10 tanesi atomun çekirdeğine oldukça
sıkı olarak bağlı olup en dıştaki 4 adedi ise gevşek olarak bulunurlar. En
dıştaki 4 adet valans elektron yarı iletken içindeki elektrik akımını
sağladıkları için ayrıca önemlidirler.
Bir çok atom yan yana dizildiklerinde birbirlerine bağlanıp kristal yapı
oluştururlar. Bu bağlantı dış yörüngedeki valans elektronları ortak
kullanarak oluşturulur. Bu bağlantıya Kovalant Bağ (Covalent
Bonding) adı verilmektedir.
Şimdi atomun çekirdeğini bir mıknatıs gibi düşünelim. Bu mıknatısın
metal bir parayı çekmesine izin verelim. Bu parayı mıknatıs üzerinden
almamız güç olacaktır. Parayı mıknatıstan uzaklaştırdıkça, mıknatısın
para üzerindeki çekim gücü azalacak, bizimde parayı mıknatısın çekim
gücünden koparmamız kolaylaşacaktır. Atomdaki çekirdek pozitif yük
taşıdığı için negatif yük taşıyan elektronları ve kendisine yakın
yörüngedeki elektronları daha kuvvetti çekeceğini düşünürsek, dış
yörüngedeki elektronlar daha az bir enerji ile atomdan kopartılabilir.
Dış yörüngedeki elektronları bazı yöntemlerle koparmak mümkündür.
Örneğin ısı, radyasyon. Bir madde içindeki elektronlar bu tür etkilerle
koparılırsa elektronlar serbest elektron olarak dolaşırlar. Elektrik
akımını elektronlar sağladığına göre bir maddeden elektrik akımı
geçebilmesi için serbest elektronlara ihtiyaç vardır. Eğer herhangi bir
sebeple maddeden elektron kopartılamıyorsa o madde yalıtkandır.
Herhangi bir zorlamaya gerek kalmadan madde içinde serbest
elektronlar varsa o madde iletkendir. Maddenin atomlarından
elektronları çok küçük enerjilerle koparmak mümkün oluyorsa
bunlar saf yarı iletken olarak tanımlanmaktadır.
Şimdiye kadar yazdıklarımdan da anlaşılacağı gibi bir kristalin
elektrik akımını iletebilmesi için elektronlarının bir takım
zorlamalarla kopartıldığı görülmektedir. Şimdi saf kristal maddenin
içine birtakım katkılar yaparak kendiliğinden elektriği iletebilecek
hale getirelim. Silikon atomundan oluşan bir kristal yapı dış
yörüngelerinde 4 elektron taşımaktadır. Bu kristale +3 yada +5
değerlikli atomlar katacak olursak katkılı yarı iletken (Doped
Semi Conductor) oluştururuz.
Önce N Tipi yarı iletken oluşturalım. Silikon kristal içine +5
değerlikli atom, yani 5 adet valans elektronu olan arsenik,
fosfor, antimuan gibi maddeler katarsak aşağıdaki şekildeki
yapıyı oluştururuz.
+5 değerlikli bu atomun 4 elektronu etrafındaki silikon atomları ile
kovalant bağ oluşturup bir elektronu açıkta kalmaktadır. +5 değerlikli
atom kristal yapı içine fazladan bir elektron verdiği için bu atomlara
verici (Donor) atom denmektedir. Kristal içindeki fazla elektronlar
kristale negatif özellik kazandırdığı için N Tipi yarı iletken
denilmektedir. N Tipi yarı iletkenlerde ki fazladan olan elektronlar
iletkenliği sağlamaktadır. Bu elektronları kopartmak, hareket
ettirmek için çok küçük enerji yeterli olmaktadır.
P Tipi yarı iletken yapmak için saf kristal içine +3 değerlikli
Alüminyum, Boron, Galyum, Indium gibi maddeler katmak
gerekmektedir. +3 değerlikli atom etrafındaki silisyum atomları
ile kovalant bağ oluşturur. Bir elektron eksik kaldığı için orada bir
boşluk (Hole) oluşur.
+3 değerlikli bu atomlara acceptor atomu denmektedir. Kristal
yapı içindeki boşluklar pozitif yük taşıdıkları için bu şekildeki
kristal yapıya P Tipi yarı iletken denir. P tipi yarı iletkenlerdeki
boşluklar dışardan elektron alabildiği için iletkenliği boşluklar
sağlamaktadır.
Bu ay ki yazım size sıkıcı gelmiş olabilir. Aslında biraz da basit
anlatmaya çalıştım. Fakat bu bölüm iyi anlaşılırsa bundan sonraki
bölümler daha rahat anlaşılacaktır.
Önümüzdeki sayıda görüşmek üzere iyi günler dilerim.
