Yarı İletken Teknolojisi

Yarı iletkenler, elektriksel özellikleri açısından iletken maddeler ile yalıtkan maddeler arasında yer alan maddelerdir. Normalde yalıtkan olan bu maddeler; elektrik, ısı, ışık manyetik gibi etkilerle iletken hale getirebilirler. 4A grubundan olan germanyum (Ge), silisyum (Si), Selenyum (Se), bakır oksit (CuO), galliyum arsenid (GaAs) indiyum tosfor (InP) ve kurşun sülfür (PbS) başlıca yarı iletken malzemelerdir. Bu maddelerin çoğu laboratuvar ortamında teknolojiye uyarlanarak üretilir. 4A grubunda yer alan yarı iletkenden biri ile 5A grubunda yer alan uygun bir element katkı oluşturulur. Örneğin 4. gruptaki silisyum atomların içine çok az miktarda 5. gruptan arsenik (As) atomları katkı yapılarak her Arsenik atomu silisyum atomlarıyla dörtlü kovalent bağ oluşturarak son yörüngesinde var olan 5 elektrondan biri açıkta kalır. Her elektron elektrik akımına katkısı olur.

Bu tip taşıyıcısı elektron fazlalığından oluşan yarı iletkenlere n tipi yarı iletkenler denir. Eğer silisyum kristali içine çok az miktarda 3A gruptan bor (B) atomu katkılanırsa bu durumda son yörüngesinde 3 elektan olan 8 atomu, Si atomu ile 4’lü kovalent bağ oluştururken bir elektronu eksik kalır. Her B atomun Si atomuyla oluşturduğu kovalent bağ sonucunda bir boşluk (hol) meydana gelir ki bu tip taşıyıcı hallerden oluşan yarı iletkenlere p tipi yarı iletkenler denir.

Yani iletkenler 3. veya 5. gruptan element atomlarıyla katkılanarak istendik düzeyde iletkenliği iyi olan malzemeler üretilir. Doğada kristal veya amorf yapıda bulunurlar.

Diyotlar

Bir.yönde akım üreten devre elemanlarıdır. Bir yöndeki direnci ihmal edilebilecek kadar küçük iken, akımın ters yönünde ise oldukça büyük direnç özelliği gösterirler. Diyottaki direncin küçük olduğu durumlardaki yöne doğru yön veya iletim yönü, direncin büyük olduğu durumdaki yöne ise ters yön veya tıkanma yönü denir. Bir diyotun sembolü aşağıdaki gibi akım yönünü gösteren ok şeklindedir.

Diyotun + kutbuna anot, — kutbuna ise katot denir. Diyotlar devrelerde bir nevi anahtar gibi işlevleri vardır. LED ismi verilen ışık yayan diyotlar elektrik akımı verilerek çalışır.

Devrelerde şeklinde gösterilir.

Transistörler

Yan yana birleştirilmiş iki pn (pnp) veya np (npn) diyotundan oluşan, uygulanan elektrik sinyali yükselterek akım ve gerilim kazancı sağlayan, gerektiğinde de anahtar görevi gören yarı iletken devre elemanlarıdır.

Transistörlerin Çalışma Prensibi

Transistörler npn veya pnp biçiminde üç yarı iletken maddenin birleşmesinden oluşmuştur. Transistörlerde emitör (E), beyz (B) ve kollektör (C) olarak isimlendirilen üç kutup bulunur. Emiter (yayıcı); akım taşıyıcıların hareketlendiği bölge, beyz (taban), transistörün çalışmasını etkileyen bölge ve kollektör (toplayıcı); akım taşıyıcıların toplandığı bölgedir.

npn Tipi Transistörler

İki n tipi yarı iletken arasına ince p tipli yarı iletken katmanı yerleştirilir. p tipli yarı iletken iki tabakadaki elektron geçişini kontrol eder. Böylece küçük akımı büyük akıma çevirir veya küçük bir akımla büyük bir alıcının çalışmasını sağlar.

Süper İletkenler

Bazı maddeler çok düşük sıcaklıklarda doğru akımına karşı direnç özelliği göstermez. Böyle maddelere Süper iletkenler denir. Maddenin elektrik akımına karşı gösterdiği direnç sıfır olursa madde olağanüstü iletkenlik özelliği gösterir. Maddenin süper iletkenlik göstermeye başladığı sıcaklığa kritik sıcaklık denir. Kritik sıcaklığın altında artık madde süper iletkendir. Süper iletkenlerin önemli özelliklerinden biri de içlerindeki manyetik akıyı, mükemmel bir şekilde diyamanyetik özellik göstererek dışarı itmesidir.

Bu olay meissner etkisi olarak bilinir. Önemli avantajlardan biri de içlerinden yüksek akımları geçirebilmeleridir.

Süper iletkenlerin dezavantajı çok düşük sıcaklıkta bu özelliğini gösterebilmesidir. Uygulama alanları maglev trenlerinde, parçacık hızlandırıcılarda, MR, iletim kablolarında (HTS) v.s