“Yarı iletken” terimi, modern elektroniklerin temeli dışında, ne anlama geldiğini bile bilmeyen insanlar tarafından onlarca yıldır kullanılmaktadır. Dünyanın en tanınmış yarı iletken üreticilerinden bazıları Intel, AMD, Qualcomm, Samsung ve Broadcom’dur. İşte bilgisayar yongaları yapmak için yararlı olan yarı iletkenler hakkında önemli gerçekler.
Yarı İletken Özellikleri
Yarı iletken, ne iletken ne de elektrik yalıtkanı olarak kategorize edilir, ancak her ikisiyle de özellikleri paylaşır. Silikon, yarı iletken üretimi için en yaygın kullanılan malzemelerden biridir. Diğer yarı iletken malzemeler arasında germanyum ve galyum arsenit bulunur. Saf haliyle, silikon bir yalıtkan gibi davranır. Dış halkası, diğer atomlarla reaksiyona girerken kristal bir kafes oluşturmalarına izin veren dört elektrona sahiptir, bu da güçlü bir yalıtkan oluşturur.
- Band Yapısı: Yarı iletkenler, valans (en dıştaki) ve iletkinlik (sonraki enerji seviyesi) enerji seviyeleri arasında yarı dolu bir bant yapısına sahiptir. Bu, elektronların enerji seviyelerini geçişli bir şekilde değiştirebilme yeteneklerine işaret eder.
- Sıcaklık Duyarlılığı: Yarı iletkenlerin iletkenlikleri sıcaklıkla değişebilir. Sıcaklık arttıkça, iletkenlik genellikle artar.
- Kirlenmeye Hassasiyet: Yarı iletkenler, bileşenlerine karışan yabancı atomlarla (katkı maddeleri) değiştirilerek iletkenliklerini artırabilir veya azaltabilir. Bu, yarı iletken malzemelerin kullanımını özelleştirmek için kullanılır.
Silikonun veya diğer yarı iletkenlerin kısmen iletken olarak işlev görmesi için, üreticinin malzemeye bir kirlilik serpmesi gerekir. Bu ekleme, dış kabuğunda yarı iletken bir beşinci elektron vererek kristal kafes etrafında serbestçe hareket etmesini sağlayarak potansiyel uygulandığında bir akım oluşturur.
N-Tipi ve P-Tipi
Malzemenin kristal kafesinde fazla elektron olduğunda, buna N tipi yarı iletken denir. Silisyuma fosfor veya arsenik gibi katışkılar eklemek N-tipi yarı iletken üretebilir. Dış kabuğunda üç elektron bulunan alüminyum gibi bir kirlilik silikon ile reaksiyona girdiğinde, bir delik veya eksik elektron oluşturur ve şimdi P tipi yarı iletken olarak adlandırılır. Delikler elektrik yükü taşıyarak elektron gibi davranabilir. Delikler bir yönde hareket ettikçe, elektronlar ters yönde hareket ederek akım akışına izin verir. Her iki tip de yük taşıyıcıları olarak bilinir.
Yarı İletkenleri İçeren Elektronik Bileşenler
- Transistörler
- Diyotlar
- Entegre devreler
- Optoelektronik cihazlar
- Işık yayan diyotlar (LED’ler)
Yarı İletkenlerin Kullanım Alanları
- Transistörler: Yarı iletkenler, transistörler gibi temel bileşenlerin çalışma prensibini oluştururlar. Transistörler, elektrik sinyallerini yükseltmek, anahtarlama yapmak ve dijital mantık işlemleri gerçekleştirmek için kullanılır.
- Entegre Devreler (IC’ler): Yarı iletkenler, milyonlarca transistörün entegre edildiği entegre devrelerin (IC’ler) temel malzemesidir. Bu, elektronik cihazların kompakt ve karmaşık yapısını mümkün kılar.
- Güneş Hücreleri: Yarı iletken malzemeler, güneş enerjisini elektriğe dönüştürmek için kullanılan güneş hücrelerinin temel yapısını oluştururlar.
- Lazerler: Yarı iletken lazer diyotları, optik iletişimde, lazer yazıcılarda ve daha birçok uygulamada kullanılır.
- Sensörler: Yarı iletkenler, sıcaklık, basınç, ışık gibi farklı fiziksel değişkenleri ölçmek için kullanılan sensörlerin temelini oluşturur.
Yarı iletkenlerin Temelleri, Elektronik Bileşenler
Yarı iletken, bir iletken ve bir yalıtkan olarak veya her ikisi olarak düşünülebilen silikon benzeri bir malzemedir. Bir safsızlık ekleyerek, yarı iletken bir kristal kafes içinde akım üretebilir. Yarı iletkenlerin doğasını anlamak, bir atomun dış kabuğunda bulunan değerlik elektronlarının diğer atomlarla nasıl kimyasal bağlar oluşturduğu gibi kimya temellerine iner.
Yarı iletkenler, modern elektronik dünyasının temelini oluşturan malzemelerdir. Transistörlerden entegre devrelere, güneş hücrelerinden sensörlere kadar pek çok farklı alanda kullanılırlar. Bu malzemelerin özelliklerini anlamak, elektronik bileşenlerin çalışma mantığını ve tasarımını kavramak için hayati öneme sahiptir.