Sunum yükleniyor. Lütfen bekleyiniz

Sunum yükleniyor. Lütfen bekleyiniz

Giriş Yrd. Doç. Dr. Enis GÜNAY Erciyes Üni. Müh. Fak. Elektrik-Elektronik Müh. Bölümü.

Benzer bir sunumlar


... konulu sunumlar: "Giriş Yrd. Doç. Dr. Enis GÜNAY Erciyes Üni. Müh. Fak. Elektrik-Elektronik Müh. Bölümü."— Sunum transkripti:

1 Giriş Yrd. Doç. Dr. Enis GÜNAY Erciyes Üni. Müh. Fak. Elektrik-Elektronik Müh. Bölümü

2 Madde ve Maddenin Özellikleri  Madde Nedir?  Boşlukta yer kaplayan, kütlesi ve hacmi olan katı, sıvı veya gaz şeklinde bulunan her şeye madde denilmektedir. (hava, su, canlılar, bitkiler vb.)  Ayırt edici özellikler:  Bir maddenin di ğ er maddelerden farklılık gösteren yanları, ayırt edici özellikleridir. Bunlar, maddenin şekline, miktarına, tadına, kokusuna vb. ba ğ lı olmayan, madde üzerinde do ğ rudan do ğ ruya görünmeyen farkları ortaya koyan özelliklerdir. Öz kütle, esneklik, erime ve kaynama noktası, öz ısı, genleşme ve çözünürlük sıkça karşılaşılan belli başlı ayırt edici özelliklerdir.  Maddenin Özellikleri  1) Mekanik Özellikler:  Uygulanan yüke karşı malzemenin verdi ğ i cevap olarak bilinir. (Dayanıklılık, esneklik, yorulma ve bükülmezlik vb.)  2) Fiziksel Özellikler:  Elektriksel, manyetik, optik, ısısal, elastik, ve kimyasal davranışlarını gösterir.

3 Maddenin Özellikleri  Kütle:  Bir cisimde mevcut olan madde miktarıdır. Birimi kilogram’dır.  A ğ ırlık:  Bir cisme etkiyen yerçekimi kuvvetidir. Birimi Newton’dur (N).  Not: Dünya’da ve di ğ er gezegenlerde a ğ ırlıklar farklıdır ancak kütle aynı kalır.  Hacim:  Maddenin boşlukta kapladı ğ ı yer

4 Maddenin Özellikleri Element: Yapısında tek cins atom bulunduran saf maddeler.  Elementler saf ve homojendirler.  En küçük yapıtaşları atomlardır.  Fiziksel ve kimyasal yöntemlerle ayrıştırılamazlar.  Belirli bir erime ve kaynama noktaları vardır.  Sembollerle ifade edilirler.  Örnek: Demir-Fe, Karbon-C, Nitrojen-N.

5 Maddenin Özellikleri  Bileşik:  Farklı cins atomların belli oranlarda bir araya gelerek oluşturdukları maddeler.  Saf ve homojen olup, kendisini oluşturan her bir madde kimyasal özelli ğ ini kaybeder.  Kimyasal yollarla ayrıştırılabilirler.  Formüllerle ifade edilirler.  Örnek: Su – H 2 O, Sodyumklorür -NaCl

6 Maddenin Özellikleri  Karışım:  Birden fazla maddenin kimyasal özellikleri de ğ işmeyecek şekilde rastgele oranlarda bir araya getirilmesi ile oluşturulan maddeler.  Karışımlar fiziksel yollarla ayrıştırılabilirler.  Karışımlar saf de ğ ildirler fakat kendisini oluşturan maddeler kimyasal özelliklerini korurlar.  Homojen Karışımlar:  Her yerinde aynı özellikleri gösteren karışımlar.  Heterojen Karışımlar:  Karışımın de ğ işik yerlerinde farklı özellikler gösteren karışımlar.  Emülsiyon:  Bir sıvının başka bir sıvı içerisinde oluşturdu ğ u heterojen karışım.  Süspansiyon:  Bir sıvı içerisinde bir katının oluşturdu ğ u heterojen karışım.  Aerosol:  Bir katı veya sıvının gaz içinde da ğ ılmasıyla oluşan karışımlardır.

7 Karışım ile Bileşik Arasındaki Farklar  Karışımı oluşturan maddeler karışım içerisinde kendi özelli ğ ini korudu ğ u halde bileşi ğ i oluşturan elementler fiziksel ve kimyasal tüm özelliklerini kaybederler.  Karışımı oluşturan maddeler her oranda karıştı ğ ı halde, bileşi ğ i oluşturan elementlerin kütleleri arasında her zaman basit bir oran vardır.  Karışımlar fiziksel yollarla oluşur ve fiziksel yöntemler bileşenlerine ayrılır. Bileşikler ise kimyasal yolla oluşur ve kimyasal yöntemlerle ayrışırılar.  Karışımların formülü olmadı ğ ı halde, her bileşi ğ in mutlaka bir kimyasal formülü vardır.  Karışımların belirli fiziksel özelli ğ i (öz kütle, kaynama noktası, erime noktası...) olmadı ğ ı halde bileşikler bu özelliklere sahip saf maddelerdir.

8 Karışım ile Bileşik Arasındaki Ortak Yanlar  Karışımlar ve bileşikler oluşurken toplam kütle korunur. Bu durum her ikisi içinde ortaktır.  Karışımlar ve bileşikler en az iki cins atom ihtiva ederler.

9 Maddenin Özellikleri  Öz kütle:  Bir maddenin birim hacminin kütlesine denir.  Genleşme:  Isı etkisi ile bir cismin boyunda ve yüzeyinde meydana gelen de ğ işikliktir.  Esneklik:  Bir maddeye etki eden kuvvetten dolayı maddenin şeklinde meydana gelen de ğ işikliktir.  Çözünürlük:  Bir maddenin di ğ er madde içerisinde çözünme oranı.  İ letkenlik:  Madde içerisinde serbest elektronların bir noktadan bir başka noktaya hareket edebilme özelli ğ i.

10 Maddenin Özellikleri  Erime Noktası:  Katı haldeki bir maddenin sıvı hale geçebilmesi için gerekli olan sıcaklık de ğ eri.  Donma Noktası:  Sıvı haldeki bir maddenin katı hale geçebilmesi için gerekli olan sıcaklık de ğ eri.  Not: Erime ve donma noktası aynıdır. (Su için 0 °C, azot -209,86 °C, hidrojen -258,975 °C, altın 1064 °C).  Kaynama Noktası:  Sıvı halindeki bir maddenin kaynaması için gerekli olan sıcaklık de ğ eri.  Yo ğ unlaşma Noktası:  Gaz halindeki maddenin sıvı hale geçebilmesi için gerekli olan sıcaklık de ğ eri.  Not: Kaynama ve yo ğ unlaşma noktası aynıdır. (Su için 100 °C, azot -195,8 °C, hidrojen -252,8 °C, altın °C).

11 Atom  Maddelerin en küçük yapı taşlarına atom denir.  Atomlar, elektron, nötron ve protonlardan oluşur. 1.Elektronlar: Çekirdek etrafında yörüngelerde bulunurlar ve (-) yüklüdürler. Boyutları çok küçüktür. 2. Nükleus (çekirdek):  Proton: (+) yüklü parçacıktır. Elektrondan 1836 kat büyüktür.  Nötron: Yüksüzdür. Boyutları proton kadardır. - +

12 Atom  Atom, ortada bir çekirdek ve çekirde ğ in çevresinde dönen elektronlardan oluşmuştur.  Eksi (-) yüklü olan elektronlar yörüngelerinin bulundu ğ u yarı çapa orantılı olarak enerjiye sahiptirler.  Atomlarda çekirde ğ e en yakın yörüngedeki elektronların enerji seviyeleri en düşüktür.  Çekirdekten uzaklaştıkça enerji seviyeleri artar.

13 Atom  Nötronların elektriksel ve kimyasal etkileşimlerde işlevi (etkisi) yoktur.  Atomdaki elektronlar K, L, M, N, O, P, Q kabuklarında da ğ ılmıştırlar. Sırasıyla en içteki kabukta en fazla 2, ikinci kabukta en fazla 8, üçüncü kabukta en fazla 18, dördüncü kabukta en fazla 32 elektron bulunur.  Örne ğ in, elektrik iletiminde sıklıkla kullanılan 29 elektrona sahip bakır atomun 29. elektron tek başına dönmektedir. 29 elektronlu Cu 11 elektronlu Na

14 Atom  Her yörünge üzerinde hareket halinde olan elektronlar, bulundukları yörüngeye göre belirli bir enerji düzeyine sahiptirler.  Elektronlara sahip oldu ğ u enerjinin üzerinde bir enerji uygulanırsa, ara yörüngedeki elektron bir üst yörüngeye geçer.  Bir maddenin elektriksel olaylarının oluştu ğ u son kabukta bulunan elektronlarına  valans elektronları adı verilmektedir.  Valans elektronu uygulanan bir enerji ile serbest hale geçerek atomu terk eder ve söz konusu madde iletken olur. 29 elektronlu Cu

15 Enerji-Band Diyagramları  Bilindi ğ i gibi elektronlar, atom çekirde ğ i etrafında belirli yörüngeler boyunca sürekli dönmektedir. Bu hareket, dünyanın güneş etrafında dönüşüne benzetilir.  Hareket halindeki elektron, şu iki kuvvetin etkisi ile yörüngesinde kalmaktadır:  1) Çekirde ğ in çekme kuvveti  2) Dönme hareketi ile oluşan merkezkaç kuvveti

16 Enerji-Band Diyagramları  Hareket halinde olması nedeniyle her yörünge üzerindeki elektronlar belirli bir enerjiye sahiptir.  E ğ er herhangi bir yolla elektronlara, sahip oldu ğ u enerjinin üzerinde bir enerji uygulanırsa, ara yörüngedeki elektron bir üst yörüngeye geçer.  Valans elektrona uygulanan enerji ile de elektron atomu terk eder.  Yukarıda belirtildi ğ i gibi valans elektronun serbest hale geçmesi, o maddenin iletkenlik kazanması demektir.

17 Enerji-Band Diyagramları  Valans elektronlarına enerji veren etkenler:  1) Elektriksel etki  2) Isı etkisi  3) Işık etkisi  4) Elektronlar kanalıyla yapılan bombardıman etkisi  5) Manyetik etki  Ancak, valans elektronları serbest hale geçirecek enerji seviyeleri madde yapısına göre şöyle de ğ işmektedir:  İ letkenler için düşük seviyeli bir enerji yeterlidir.  Yarı iletkenlerde oldukça fazla enerji gereklidir.  Yalıtkanlar için çok büyük enerji verilmelidir.

18 Enerji-Band Diyagramları a) Yalıtkan b) Yarıiletken c) İletken Bant-enerji diyagramları

19 Elektrik Yükü (Nötr ve İyon)  Atomdaki proton ve elektron sayıları eşit oldu ğ undan, atomun tümü elektriksel olarak nötrdür..  Nötr:  İ yon:  + yüklü iyon: Dış etkilerle atomun son yörüngesinde bulunan elektronun biri alınırsa elektriksel denge bozularak atom, artı yüklü iyon durumuna geçer.  - yüklü iyon: Dengedeki bir atomun son yörüngesine bir elektron girecek olursa atom eksi yüklü iyon durumuna geçer.

20 Elektrik Yükü (Nötr ve İyon)

21

22

23

24 Atomlar Arası Bağlar  Madde içerisindeki atomlar kimyasal ba ğ lar sayesinde bir arada tutularak düzenli bir geometri oluştururlar.  Sertlik, elektriksel, ısısal, iletkenlik, v.b. özellikler kimyasal ba ğ lara göre şekillenmektedir.

25 Atomlar Arası Bağlar

26  Metaller ile ametaller arasında metallerin elektron vermesi ametallerin elektron almasıyla oluşan ba ğ lanmadır.  Metaller elektron vererek (+) de ğ erlik, ametaller elektron alarak (–) de ğ erlik alırlar. Bu şekilde oluşan (+) ve (–) yükler birbirini büyük bir kuvvetle çekerler. Bu çekim iyonik ba ğ ın oluşumuna sebep olur. Onun için iyonik ba ğ lı bileşikleri ayrıştırmak zordur.

27 Atomlar Arası Bağlar

28  Elektron aktarımıyla oluşan bileşiklerde, kaybedilen ve kazanılan elektron sayıları eşit olmalıdır.  İ yonik katılar belirli bir kristal yapı oluştururlar.  İ yonik ba ğ lı bileşikler oda sıcaklı ğ ında katı halde bulunurlar.  İ yonik bileşikler katı halde elektri ğ i iletmez. Sıvı halde ve çözeltileri elektri ğ i iletir.

29 Atomlar Arası Bağlar  İ ki atom arasında, bir veya daha fazla elektronun paylaşılmasıyla karakterize edilen kimyasal ba ğ ın bir tanımıdır.  Genellikle ba ğ, ortaya çıkan molekülü bir arada tutan ortak çekim gücü olarak tanımlanabilir.

30 Atomlar Arası Bağlar  Paylaşılan elektron ya da elektronlar, her iki çekirdek etrafında dolanacaklar, iki çekirdek arasındaki bölgede daha uzun süre bulundukları için bu bölgede (-) yüklü bir alan yaratacaklardır.  Bu alan, her iki çekirde ğ e bir çekme kuvveti uygulayarak bir ba ğ yaratır.  Kovalent ba ğ, söz konusu atomların dış yörüngelerinin dolması ile meydana gelir.

31 Atomlar Arası Bağlar

32

33 Örnek: Na, Cu gibi metaller metalik ba ğ lar oluştururlar.

34 Atomlar Arası Bağlar Metalik ba ğ iyi elektrik iletkenli ğ i sa ğ lar. Uygulanan bir voltaj (gerilim) etkisi altında, valans elektronları hareket eder, devre tamamlanırsa akıma neden olur.

35 Atomlar Arası Bağlar

36

37

38

39 Atomların Yapı Türleri ve Bohr Atom Modeli 1. Atomik Yapı Türleri  Kristal (Metalik) Yapı  Amorf Yapı  Bileşik Yapı  Kolloidal Yapı  Seramik Yapı 2. Bohr Atom Modeli

40 Atomların Yapı Türleri

41

42  Amorf cisimlerde moleküllerin birbirlerine göre konumları sabit olmakla birlikte geometrik yapıları herhangi bir matematik kuralı ile açıklanamaz.  Amorf katılar farklı do ğ rultu ve yönlerde, ayrıca farklı uzaklıklarda bulunan atomlardan oluşmuştur.  Gazlar, sıvılar, camlar ve plastiklerin büyük bir ço ğ unlu ğ u amorf yapıya sahiptir.

43 Atomların Yapı Türleri

44

45

46

47

48

49

50

51

52 Katların Fiziksel Yapıları  Kristallerde ise moleküller arası uzaklıklar ve uzaklıkları belirten açıların katı madde içinde sabit oldu ğ u görülür.  X ışınları ve başka yöntemler kullanılarak yapılan araştırmalar, metallerin ve yarıiletkenlerin pek ço ğ unun kristal yapılı oldukları gözlenmiştir.

53 Kristal Yapılar  Kristal yapılar da kendi içerisinde birçok farklı şekilde bulunurlar. Bunlardan bazıları:  Basit Kübik Kristaller (BKK) (Simple Cubic Cyrstals):  Her bir köşesinde bir atom bulunduran kübik yapıdır. “a” ile gösterilen boyut kafes sabitini (lattice constant) tanımlar. Bu yapılara örnek olarak Polonium gösterilebilir.

54 Kristal Yapılar  Gövde Merkezli Kübik Krsitaller (GMK) (Body- Centered Cubic Cyrstals):  Bir GMK kristali, köşe atomlarına ek olarak, kübik yapının ortasında da bir atom bulunduran kristal yapısıdır.  Bu özelli ğ i gösteren yapılara örnek olarak Sodyum, Molybdenum, Tungsten gösterilebilir.

55 Kristal Yapılar  Yüzey Merkezli Kübik Kristal Yapılar (YMK) (Face-Centered Cubic Cyrstals):  8 köşe atomuna ek olarak 6 adet yüzey atomu da bulunduran yapıdır. Bir çok element bu kristal formda bulunur. Alüminyum, Bakır, Altın, Gümüş, Nikel, Platinyum v.b.

56 Kristal Yapılar  Elmas Yapı (Diamond Structure): Silikon ve Germanyum gibi yarı iletken yapılarda görülür. İ ki YMK’nın birbirine geçmesiyle oluşur.

57 Kristal Yapılar  Çinko Sülfür Yapısı (Zinc Blende Structure):  Bir başka yarıiletken yapı olan GaAs (Galyum Arsenide) bu özelli ğ i gösterir. Ayrıca GalyumFosfat, ÇinkoSülfat ve KadmiyumSülfat da bu yapıdadır.

58 Bohr Atom Modeli  1913 yılında Neils Bohr, hidrojen atomunun spektrum çizgilerini ve Planck'ın kuantum kuramını kullanarak Bohr kuramını ileri sürdü.  Pozitif yüklü bir çekirdek ve negatif yüklü elektronlardan oluşan en basit atom modelinde, elektronların toplam yükünün çekirdek yüküne denk oldu ğ u kabul edilirse, atom elektriksel olarak nötr durumda oldu ğ u düşünülebilir. Bohr atom modeline göre hidrojen atomu.

59 Bohr Atom Modeli  Örne ğ in her bir atomunda tek bir elektron bulunduran hidrojene bir bakalım.  Şekilden de görülebilece ğ i üzere çekirdek ve elektron arasında iki kuvvet meydana gelmektedir. 1. Çekim kuvveti 2. Merkezkaç kuvveti Bohr atom modeline göre hidrojen atomu.

60 Bohr Atom Modeli  Bu kuvvetlerden ilki Coulomb’un ortaya koydu ğ u çekim kuvvetidir.  Coulomb Yasası: Elektrik yüklü iki parçacık arasındaki kuvvetin büyüklü ğ ü, yüklerin çarpımı ile do ğ ru, yüklerin arasındaki uzaklı ğ ın karesiyle ters orantılıdır şeklinde ifade edilir.  Burada q = elektronik yük; = boşlu ğ un geçirgenlik katsayısını r = Yüklü parçacıkların arasındaki uzaklı ğ ı göstermektedir.

61 Bohr Atom Modeli  Sabit bir yörünge bu kuvvetlerin birbirlerini dengelemeleri sonucu ortaya çıkar.  Elektronun potansiyel enerjisi:  Elektronun kinetik enerjisi:  Elektronun toplam enerjisi:

62 Bohr Atom Modeli  Elektronun çekirde ğ e ne kadar yakınlaşırsa üzerindeki enerji miktarının o kadar azalır.  Çekirde ğ e en yakın elektron kararlıdır, ışık yaymaz.

63 Bohr Atom Modeli  Bir elektron yüksek enerji düzeyinden daha düşük enerji düzeyine geçti ğ inde, seviyeler arasındaki enerji farkına eşit bir ışık yayınlar.  Burada ba ğ ıntısı geçerlidir.  h= Planck sabiti,  v= yayımlanan enerjinin frekansı, hv= foton enerjisi ifade eder.

64 Bohr Atom Modeli  Elektron'a yeterli enerji verilirse elektron bulundu ğ u enerji seviyesinden daha yüksek enerji seviyesine sıçrar.  Atom bu durumda kararsızdır. Kararlı hale gelmek için elektron tekrar eski enerji seviyesine dönerken almış oldu ğ u enerji seviyesini eşit enerjide bir Foton (ışın taneci ğ i) fırlatır. Atom bu şekilde ışıma yapar.

65 Bohr Atom Modeli  Bohr’a göre sabit bir yörünge, elektronun açısal momentumunun durumuna göre belirlenebilir.  Burada n sabit bir sayıyı ifade eder ve ≥1’dir.  Elektronun toplam enerjisinin r ve v’den sadeleştirilmiş hali:  Böylece açısal momentum ayrık enerji seviyeleri oluşturmaktadır. Farklı enerji seviyeleri arasındaki geçişler sırasında yayımlanan foton frekansları böylece belirlenebilmektedir.

66 Bohr Atom Modeli  Bohr varsayımları (postulatları) şöyle özetlenebilir: 1.Bir atomdaki elektronlar çekirdekten belli uzaklıktaki yörüngelerde hareket eder ve bu yörüngelerdeki açısal momentumu h/2 π 'nin tam katlarıdır. Her kararlı hâlin sabit bir enerjisi vardır. 2.Her hangi bir kararlı enerji seviyesinde elektron dairesel bir yörüngede (orbitalde) hareket eder. Bu yörüngelere enerji düzeyleri veya kabukları denir.

67 Bohr Atom Modeli  Bohr varsayımları (postulatları) şöyle özetlenebilir: 3.Elektron kararlı hâllerden birinde bulunurken atom ışık (radyasyon) yayınlamaz. 4.Elektron hareketinin mümkün oldu ğ u kararlı seviyeler, K, L, M, N, O gibi harflerle veya en düşük enerji düzeyi 1 olmak üzere, her enerji düzeyi + bir tam sayı ile belirlenir ve genel olarak "n" ile gösterilir, (n: 1,2,3...¥)  Bugünkü bilgilerimize göre; Bohr kuramının, elektronların dairesel yörüngelerde hareket ettikleri ifadesi yanlıştır.

68 İletken Malzemeler Atomun Temel Parçaları 1.Elektronlar: Çekirdek etrafında yörüngelerde bulunurlar ve (-) yüklüdürler. Boyutları çok küçüktür. 2. Nükleus (çekirdek):  Proton: (+) yüklü parçacıktır. Elektrondan 1836 kat büyüktür.  Nötron: Yüksüzdür. Boyutları proton kadardır.

69 İletken Malzemeler  Çekirdeği çevreleyen elektronların yörünge konumları “Kabuk “ olarak adlandırılır.  Her bir kabuk 2n 2 formülü ile belirlenen elektron sayısına sahiptir.  En dıştaki kabuk “valans kabuğu” olarak adlandırılır.

70 İletken Malzemeler  Valans kabuğu, malzemenin iletkenlik özelliğini belirler.  Örne ğ in Bakır atomu (Cu) valans yörüngesinde sadece 1 elektrona sahiptir.  Bu onu iyi bir iletken kılar ve bu yörünge n=4 kabuk sayısına sahip olduğu için, 2n 2 formülüne göre 32 elektron alma kapasitesine sahiptir.

71 İletken Malzemeler  Bir atomun en dış yörüngesinde az sayıda (1-2-3) elektron varsa, bu elektronları çekirde ğ e ba ğ layan güç zayıftır.  Örne ğ in bakır atomunun son yörüngesinde 1 elektron vardır ve bu çekirdek tarafından kuvvetlice çekilmedi ğ inden çok kolayca serbest hale geçebilir.  Bakırdan yapılmış bir iletkenin iki ucuna belli bir gerilim uygulanırsa, elektronlar pilin eksi (-) ucundan artı (+) ucuna do ğ ru gitmeye başlar.  İ şte bu elektron hareketi "elektrik akımıdır". Gerilim kayna ğ ının artı ucu elektronları yakalarken, eksi ucu maddeye elektron verir.

72 İletken Malzemeler  Burada gerilimi, bir çeşit elektron pompası olarak düşünebiliriz. Gerilimin büyüklü ğ ü artarsa, elektronlar daha hızlı bir şekilde ilerlerler. Yani ortalama hızları artar.  Başka bir deyişle son yörüngesinde (valans bandı) elektron bulunduran maddeler elektrik akımını daha iyi iletirler.  En dış yörüngesinde 2 elektron bulunduran demir ve 3 elektron bulunduran alüminyumun iletkenlikleri bakıra göre azdır.

73 Enerji-Band Diyagramları

74 Elektrik Mühendisliğinde Kullanılan İletkenler  Başta elektrik telleri olmak üzere, kablolar ve baralar iletkenlerin sıkça kullanıldıkları yerlerin başında gelmektedir.  Elektrik iletiminde kullanılacak iletkenlerin seçiminde I 2 R ısıl güç kaybına sebep olacak iletken dirençlili ğ in düşük olması istenir.  Yaygın olarak kullanılan metaller içerisinde gümüş, bakır, altın, alüminyum sayılabilir.  Bir tasarım yapılırken malzemenin maliyeti önem kazanmaktadır. Bu noktada cevher maliyeti, cevher ayrıştırma maliyeti, imalat maliyeti gibi noktalar da önem kazanmaktadır.

75 Elektrik Mühendisliğinde Kullanılan İletkenler ElemanDirençlilik (X10 -8 Ω ) Cevher Maliyeti Cevher Ayrıştırma Maliyeti İ şlenmemiş Malzeme Maliyeti ($/ton) Fabrikasyon İ şçilik Maliyeti Gümüş1.61yüksekdüşük düşük Bakır1.70orta 2700düşük Altın2.20yüksekdüşük düşük Alüminyum2.74düşükyüksek1850düşük Elektrik iletkeni olarak sıklıkla kullanılan materyallerin maliyet açısından karşılaştırılması.

76 Kontak Yapımında Kullanılan İletken Malzemeler  Bütün elektriksel kontakların görevi akım devrelerini kusursuz bir şekilde irtibatlandırmak ve kesmektir.  Bu noktada kontak malzemelerinden beklenen özellikler şu şekildedir:  Elektriksel iletkenli ğ i iyi olmalıdır.  Sabit kalan bir kontak direnci.  İ yi derecede ısıl iletkenlik.  Kavrulmanın çok az olması.  Kontakların kaynak yapmaması.  Kimyasal dayanıklılık.  Çok küçük erozyon (Bir kontaktan di ğ er bir konta ğ a eleman taşınması).  Aşınmaya karşı yüksek dayanım.

77 Kontak Yapımında Kullanılan İletken Malzemeler  Bakır :Kırmızı renkte a ğ ır bir metaldir. Kolay bükülebilir, çok ince tel levha haline getirilebilir, sıcak ve so ğ uk olarak işlenebilir.  Bakır gümüşten sonra en büyük elektriksel iletkenli ğ i olan bir metaldir.  Ayrıca ısı iletkenli ğ i de yüksek oldu ğ undan elektrik ve ısıtma endüstrisinde sıkça kullanılır.bileşikler oluşturur.  Elektronikte özellikle kontak malzemesi olarak kullanıma oldukça elverişlidir.  Bakır kontaklar zamanla havadan oksitlenerek, elektrik akımının geçişine mani olacak bileşikler oluşturur.

78 Kontak Yapımında Kullanılan İletken Malzemeler  Bakır a) bakır tel sargı b) çok telli bakır kablo

79 Kontak Yapımında Kullanılan İletken Malzemeler  Gümüş : Saf gümüş, beyaz parlak renkte yumuşak bir metaldir.  Altından sonra tel haline getirilmeye en uygun bir metal olup so ğ uk olarak işlenebilme özelli ğ ine sahiptir.  Havadan etkilenmez ancak asitlere ve endüstri gazlarına karşı dayanıklı de ğ ildir.  Ölçü aletlerinin kontaklarında, şalterlerde, kontaktörlerde, rölelerde, lehimcilikte kullanılır.

80 Kontak Yapımında Kullanılan İletken Malzemeler  Gümüş a) gümüş sargılı trafo b) gümüş kablo

81 Kontak Yapımında Kullanılan İletken Malzemeler  Altın : Saf altın (%99.95) elektrik akımını ve ısıyı iyi iletir. Hemen hemen bütün kimyasal etkilere karşı dayanıklıdır.  Ancak çok yumuşak olup kontaklarda yapışma ve kaynama e ğ ilimi gösterir.  Bu nedenle kontak malzemesi olarak saf altın nadiren kullanılır.  Gümüş, platin, nikel, kobalt, bakır ile alaşım yapmak suretiyle mekanik dayanımı yükseltilir ve kontakların yapışma e ğ ilimi azaltılır.

82 Kontak Yapımında Kullanılan İletken Malzemeler  Altın Altın kaplamalı ve altın su yollu baskı devre kartları

83 Kontak Yapımında Kullanılan İletken Malzemeler  Platin : Parlak ve beyaz renkli yumuşak bir metaldir. Havada ve yüksek ısı derecelerinde oksitlenmez ve işlenmeye elverişlidir.  Platinden yapılmış kontaklar kimyasal etkilere karşı son derece dayanıklı olup hemen hemen hiç kavrulmazlar.  Nikel, İ ridyum ve Wolfram gibi metallerle alaşım yapılarak platinin kavrulmaya karşı dayanımı daha da yükseltilebilir.  Ölçü aleti kontakları, elektrik dirençleri, paratoner uçlarında kullanılırlar.

84 Kontak Yapımında Kullanılan İletken Malzemeler  Platin

85 Diğer İletken Malzemeler METALLERALAŞIMLAR AlüminyumDemirÇelik Tunç (Bakır+Kalay) Pirinç (Bakır+Çinko) ÇinkoKurşunManganez Lehim (Kurşun+Kalay) Konstantan (Nikel+Bakır) KalayNikelKadmiyum Manganin (Manganez+nikel+bakır) Nikelin (Bakır+Nikel) TungstenMolibdenKrom Krom-Nikel Sac

86 Sıvı İletken Malzemeler  Civa : Beyaz renkli, sıvı bir madendir. Oda sıcaklı ğ ında buharlaşır. Buharı zehirlidir. Elektri ğ i ve ısıyı iyi iletir. Isı de ğ işimlerine karşı hassastır.  Elektromekanik şamandıralarda kontak malzemesi ve kumanda elemanı olarak kullanılır.  Isı de ğ işimlerine çok hassas oldu ğ undan termometrev e barometre gibi bir çok alette kullanılır.

87 Sıvı İletken Malzemeler  Civa

88 Sıvı İletken Malzemeler  Su : Saf su renksiz, kokusuz ve tatsız bir sıvıdır. 0 0 C’de donar, C’de kaynar. Saf su elektrik akımı iletmez, yalıtkandır.  İ letken hale getirmek için içerisine asit veya metal tuzları konur.  Basınç arttıkça kaynama noktası artar.  Su donacak kadar so ğ utuldu ğ u zaman buz meydana gelir ve hacmi 1/10 oranında artar.  Su, akümülatör, pil elektrolitlerinin hazırlanmasında kullanılır.

89 Termo Bi-metaller  Farklı ısıl-genleşme katsayıları olan iki ayrı metal yada metal-alaşım tabakasının birbirlerine sıcak pres kayna ğ ı ile yapıştırılarak oluştururlar.  C ile C sıcaklık sahasında kullanılabilen termo bi-metaller: Nikel-Demir, Bizmut-Tellurium gibi alaşım malzemelerinden üretilirler.  Isıtıldıklarında ısıl genleşme katsayısı büyük olan metal di ğ erine nazaran daha çok uzayacaktır.  Farklı de ğ erlerde uzama sonucu bimetalde ısıl-katsayı düşük olan metal elemana do ğ ru bir bükülme meydana gelecektir.  Otomatik sigortalarda, motor güvenlik şalterlerinde, flouresans lamba ateşlemesinde, ısıtıcı cihazlarda kullanılırlar.

90 Malzemelerin Dielektrik Özelliği (Yalıtkanlar)  Yalıtkanlık  Yalıtkan Cisimlerin Elektriksel Özellikleri  Yalıtım ( İ zolasyon) Malzemeleri  Gaz Yalıtkanlar  Sıvı Yalıtkanlar

91 Enerji-Band Diyagramları

92 Yalıtkanlar  Elektrik akımı iletmeyen malzemeler yalıtkanlar grubuna girerler.  En dış yörüngedeki serbest elektron miktarı altıdan fazla olan maddelerin elektronları atom çekirde ğ ine sıkı sıkıya ba ğ lıdır. Dolayısıyla elektri ğ i iletmezler.  Ancak her yalıtkan belirli şartlar altında belirli bir iletkenlik gösterirler.  Yalıtkan malzemelerin yalıtkanlık dereceleri, ısı, yüksek de ğ erli elektriksel basınç, rutubet etkisi veya yabancı cisimlerle etkileşim sebebiyle de ğ ebilir.

93 Yalıtkan Cisimlerin Elektriksel Özellikleri  Yalıtkan Delinmesi:  Aslında elektrik akımını hiç geçirmeyen madde yoktur. Yalıtkan olarak bilinen maddeler "çok az" bir akım geçirirler.  Yalıtkana uygulanan gerilim arttıkça geçirdi ğ i akım da artmaya başlar. Belli bir gerilim seviyesinden sonra yalıtkan tamamen iletken olur. Buna “yalıtkanın delinmesi” denir.  Elektrik ve elektronik çalışmalarında kullanılan el takımlarının sap izoleleri incelenecek olursa, burada yalıtkanın dayanabilece ğ i son (maksimum) gerilim de ğ eri yazılıdır.  Örne ğ in penselerin sap izolesinde Volt” yazar. Bu, plastik yalıtkan Volt'tan sonra iletken hale geçebilir anlamı taşır.

94 Yalıtkan Cisimlerin Elektriksel Özellikleri  1. Sızıntı akımlarına karşı dayanım: Bir yalıtkanın dış yüzeyinde mevcut olan yabancı maddeler bu yüzden sızıntı akımı olarak adlandırılan bir akım akışına neden olurlar. Yalıtkanın sızıntı akımının oluşmasına karşı gösterdi ğ i dirençlili ğ e sızıntı akımı dayanımı denir.

95 Yalıtkan Cisimlerin Elektriksel Özellikleri  2. Dielektrik dayanım: Bir yalıtkan malzemeyi iletken hale sokmaksızın birim kalınlı ğ ı başına uygulanacak en büyük gerilim de ğ eri dielektrik dayanımı olarak adlandırılır. kV/mm birimi kullanılır.

96 Yalıtkan Cisimlerin Elektriksel Özellikleri  Isıl kaçak: Yalıtkan malzeme içinde belirli miktarlarda yabancı madde var ise, bir sızıntı akımı başlar ve bu akım malzemeyi ısıtmaya başlar. Sonrada sızıntı akımının yolunu izleyen esas kaçak akım başlar. Kaçak akım ısınma neticesinde ortaya çıktı ğ ı için buna ısıl kaçak denir.  Erozyon kaça ğ ı: Bazen de yalıtkan malzemede üretimden kaynaklanan mikroskobik kaçaklar mevcut olabilir. Bu durumda da erozyon kaça ğ ı adı verilen kaçak akımlar oluşur.

97 Yalıtkan Cisimlerin Elektriksel Özellikleri  3. Elektriksel direnç de ğ erleri: Gerilim altında bulunan bir malzemenin göstermiş oldu ğ u direnç de ğ eridir. Ölçülen izolasyon direncinden yararlanılarak, birim boyut başına hesaplanan de ğ ere, o yalıtkanın özgül direnci denir. Birimi Ω.cm’dir.

98 Yalıtkan Cisimlerin Elektriksel Özellikleri  4. Dielektriksel kayıp faktörü: Dielektriksel kayıpların bir ölçe ğ idir. Bunlar yalıtkan malzemelerde ısı olarak açı ğ a çıkarlar. Bu kayıplar, gerilimin büyüklü ğ üne, sıcaklı ğ a ve frekansa ba ğ lı olarak de ğ işirler. Genellikle yüksek frekanslarda artan bir de ğ er gösterirler. Bu nedenle yüksek frekanslarda çok özel yalıtkanlı (polietilen vb.) kablolar kullanılır.

99 Yalıtkan Cisimlerin Elektriksel Özellikleri  5. Yalıtkanların ark dayanımları: Elektrik arkı etkisine maruz kalan bir yalıtkanın ne ölçüde akım geçirece ğ i ve nasıl bir de ğ işime u ğ rayaca ğ ı ancak test yapmakla anlaşılabilir.

100 Yalıtım (İzolasyon) Malzemeleri  Berilyum Oksit : Seramik benzeri beyaz renkli katı bir malzemedir.  Yüksek de ğ erde sıcaklık iletkenli ğ i gereken yerlerde elektriksel izolasyon malzemesi olarak kullanılır.  Güç devrelerinde kullanılan yarıiletkenlerde elektriksel izolasyon için ısı emici pulcuk şeklinde imal edilmekte ve kullanılmaktadır.  Zehirlidir toz halindeyken solunması ciddi akci ğ er rahatsızlıklarına neden olur. Elektriksel izolasyon için ısı emici pulcuklar

101 Yalıtım (İzolasyon) Malzemeleri  A.B.S. (Acrylonitrile Butadiene Styrene) Akrilonitril, bütadien, ve sıvı hidrokarbon bileşiminden oluşan plastik bir malzemedir.  Dielektrik dayanımı 20MV/m’dir.  Bir çok cihazın dış kaplamasında kullanılır.

102 Yalıtım (İzolasyon) Malzemeleri  A.B.S. A.B.S. kaplamalı mikser ve telefon

103 Yalıtım (İzolasyon) Malzemeleri  Asetat  Elektriksel yönden iyi bir izolasyon özelli ğ ine sahip oldu ğ undan elektriksel güvenlik ekipmanlarında, elekriksel yalıtkanlık istenilen yerlerde kullanılır.  En çok sinema ve mikrofilmlerin imalatında kullanılır.

104 Yalıtım (İzolasyon) Malzemeleri  Asetat Asetat uygulamaları

105 Yalıtım (İzolasyon) Malzemeleri  Akrilik  Yalıtkanlı ğ ın yanı sıra katılık ve şeffaflık özelli ğ inin birlikte bulunması gerekti ğ i yerlerde akrilik kullanılır.  Işıklandırılmış işaretler, otomobillerin arka lambaları, ışıklandırma üniteleri v.b.

106 Yalıtım (İzolasyon) Malzemeleri  Akrilik Otomobil panel göstergesi ve stop lambası

107 Yalıtım (İzolasyon) Malzemeleri  Seramik  Seramik ço ğ unlu ğ u metal ve ametal malzemelerin karışımından meydana gelen oksitlerdir.  Yüksek sıcaklık iletkenli ğ i yardımıyla iyi derecede elektriksel izolasyon özelli ğ i sa ğ ladı ğ ı gibi elektronikte direnç, kapasitör v.b. yapımında kullanılmaktadır.

108 Yalıtım (İzolasyon) Malzemeleri  Seramik : Seramik izolatörler ve soket

109 Yalıtım (İzolasyon) Malzemeleri  Cam  Silisyum, sodyum, potasyum karbonatları, kireç ve kurşun oksitleri gibi türlü maddelerin ergitilmelerinden elde edilir.  Esas rengi saydam ve şekilsizdir.  Sıcak olarak çeşitli şekillere girdirilebilir.  Su, ya ğ ve asitlerden etkilenmez.  Kırılgan olup ani ısı de ğ işimlerinde çatlama e ğ ilimi gösterir.

110 Yalıtım (İzolasyon) Malzemeleri  Porselen  Pişmiş beyaz renkte yalıtkan bir topraktır.  Su geçirmez  Dayanıklı, sert, ani ısı de ğ işimlerinden  (0-100  C) ve asitlerden etkilenmezler.  Isıyı çok az geçirir, kırılgandır.

111 Yalıtım (İzolasyon) Malzemeleri  Polivinilklorür – PVC  Polyvinylcloride veya kısaca PVC belki en çok yaygın olan bir izolasyon malzemesidir.  Saf halde iken cam gibi kırılgandır.  İ çine ya ğ kapsayan maddeler katılınca özellikleri de ğ işir ve ısı ile plastikleşir.  Elektrik akımı taşıyan kabloların büyük bir ço ğ unlu ğ u PVC ile kaplanarak yalıtılır.  Elektrikli ve elektronik cihaz gövdeleri genellikle PVC’den imal edilirler.

112 Diğer Yalıtım (İzolasyon) Malzemeleri DelrinTeflonKaptonKynar Lexan ve MerlonMelaminMikaNeopren NomexNaylonPhenolicsPolyester PoliüretanSilikon kauçukEpoksi FiberglasSilikon Fiberglas PlastikEbonit

113 Gaz Yalıtkanlar  Gazlar  İ yonize olmadıkça iletken duruma geçmezler. Bu işlem, iyonlaştırma gerilimi belirli bir de ğ ere gelince elektriksel bir boşalma ile kendi kendine meydana gelir.  Çeşitli gazlara ait dielektrik sabitleri normal sıcaklıkta birbirine eşittir. Bunlara ait fark %3 'ü geçmez. Bu de ğ erler, sıcaklık ve basınç de ğ işmesiyle farklı olabilir.  Gazların dielektrik dayanımları sıcaklı ğ a, basınca, elektrot şekline, elektrotlar arası uzaklı ğ a göre de ğ işir.  Basınç arttıkça dielektrik dayanım azalır.

114 Gaz Yalıtkanlar  Hava  Havanın içindeki toz, kömür, nem gibi maddeler iletkenli ğ ini artırır yani yalıtkanlı ğ ını azaltır.  Yüksek gerilimde enerji taşıyan hatlarda do ğ al bir yalıtkan olarak işlev görür.  Kondansatör ve transformatör gibi araçlarda ise yalıtkan bir çekirdek görevi görür.

115 Sıvı Yalıtkanlar  Şalter Ya ğ ı:  Çalışması esnasında ark oluşturan şalter gibi cihazlarda oluşan ısıyı hızlı bir şekilde almak ve arkın kısa bir zamanda sönmesini sa ğ lamak amacıyla kullanılır.

116 Sıvı Yalıtkanlar  Transformatör Ya ğ ı:  Tranformatör ya ğ ı, hem yalıtkanlık hem de so ğ utma amaçlı kullanılır. Genellikle madeni ya ğ lar kullanılır. Tranformatör ya ğ ının bazı aşa ğ ıda verilmiştir :  Katılaşma noktası  Parlama ve yanma noktası  Isı iletimi  Akıcılık (viskozite) v.b.

117 Manyetik Alan ve Manyetik Akı  İ çinden elektrik akımı geçen bir iletkenin çevresinde manyetik alan (H) do ğ ar. Bu manyetik alanın içine manyetiklik özelli ğ ine sahip bir malzeme konacak olursa manyetik alan şiddeti daha da artar ve kuvvet çizgileri sıklaşır. Malzeme varlı ğ ından do ğ an ek manyetik alan artımına “manyetik akı (B)” denir.   µ : manyetik geçirgenlik katsayısı  µ r : Ba ğ ıl manyetik geçirgenlik katsayısı

118 Manyetik Alanla İlgili Birimler

119 Manyetik Moment

120 Manyetiklik Türleri  1) Diyamanyetik malzemeler   2) Paramanyetik malzemeler  3) Ferromanyetik malzemeler  4) Ferrimanyetik malzemeler

121 Manyetiklik Türleri  1) Diyamanyetik malzemeler   2) Paramanyetik malzemeler  3) Ferromanyetik malzemeler  4) Ferrimanyetik malzemeler

122 Manyetiklik Türleri  Diyamanyetik Malzemeler:  Diyamanyetik malzemelere bir manyetik alan uygulandı ğ ında çok küçük bir elektron hareketlenmesi oluşur.  Diyamanyetik malzemelerde manyetik moment manyetik alana ters yönde oluşur.  Diyamanyetik malzemeler kalıcı olarak mıknatıslanmazlar.   Örnek: Fe 

123 Manyetiklik Türleri  Paramanyetik Malzemeler:  Atomları daha önceden bir manyetik momente sahip olan cisimlere paramanyetik malzemeler denir.  Manyetik alan uygulandı ğ ında manyetik alan ile manyetik moment aynı yönde olur.  Paramanyetik malzemeler kalıcı olarak mıknatıslanmazlar.   Örnek: Cr ve Al

124 Manyetiklik Türleri  Ferromanyetik Malzemeler:  İ yonlarla serbest elektronlar bir arada bulundu ğ u ortamda elektronlarla komşu iyonlar arasında etkileşme olur.  Ferromanyetik malzemelerde mıknatıslanma etkisi kuvvetlidir.  Ferromamyetik malzemeler manyetik bir alana maruz kaldıklarında kalıcı olarak mıknatıslanabilirler.  Örnek: Ni ve Co

125 Manyetiklik Türleri  Ferrimanyetik Malzemeler:  Farklı manyetik momente sahip malzemeler, atomik mıknatısları birbirlerine paralel olmayıp, birbirlerini yok etmeyecek şekildedirler.  Örnek: Manyetit(Fe 3 O 4 )+Ni karışımı

126 Yarıiletkenler  Yarıiletkenler  Germanyumun kimyasal yapısı  Silisyum kimyasal yapısı  Yarıiletken Yapım Teknikleri  n Tipi Yarıiletkenin Meydana Gelişi  p Tipi Yarıiletkenin Meydana Gelişi  Yarıiletkenlerde Akım Akışı  Yarıiletken Malzemelerin Üretimleri

127 Enerji-Band Diyagramları

128 Yarıiletkenler  Yarıiletkenler: Elektrik akımını bir de ğ ere kadar akmasına izin vermeyen bu de ğ erden sonra sonsuz küçük direnç gösteren maddelerdir.  Yarı iletkenler periyodik cetvelde 3-5. gruba girerler.  İ letkenlik bakımından iletkenler ile yalıtkanlar arasında yer alırlar. Normal halde yalıtkandırlar.  Ancak ısı, ışık ve magnetik etki altında bırakıldı ğ ında veya gerilim uygulandı ğ ında bir miktar valans elektronu serbest hale geçer, yani iletkenlik özelli ğ i kazanır.

129 Yarıiletkenler  Bu şekilde iletkenlik özelli ğ i kazanması geçici olup, dış etki kalkınca elektronlar tekrar atomlarına dönerler.  Basit eleman halinde bulundu ğ u gibi laboratuarda bileşik eleman halinde de elde edilir.  Yarı iletkenler kristal yapıya sahiptirler. Yani atomları kübik kafes sistemi denilen belirli bir düzende sıralanmıştır.  Bu tür yarı iletkenler içlerine bazı özel maddeler katılarak da iletkenlikleri arttırılmaktadır.

130 Yarıiletkenler AdıKullanım Yeri Germanyum (Ge) (Basit)Diyot, transistör, entegre devre Silikon (Si) (Basit)Diyot, transistör, entegre devre Selenyum (Se) (Basit)Diyot Bakır oksit (kuproksit) (CuO) (Bileşik)Diyot Galliyum Arsenic (Ga As) (Bileşik)Tünel diyot, laser, fotodiyot, led Indiyum Fosfor (In P) (Bileşik)Diyot, transistör Kurşun Sülfür (Pb S) (Bileşik)Güneş pili (Fotosel) Elektronikte yararlanılan yarı iletkenler ve kullanılma yerleri

131 Germanyum  Yarımetalik, yani metal ile ametaller arasında özellikler gösterir.  Periyodik cetvelde 4. gruptadır.  Atom numarası 32’dir.  YMK yapıya sahiptir.

132 Germanyum  Germanyum nadir elementlerden olup, yer kabu ğ unda % 0,0004-0,0007 oranında bulunur.  Yer kabu ğ unda yo ğ un olarak bulunmadı ğ ından, germanyumun elde edilmesi oldukça zordur.  Hiçbir zaman serbest halde bulunmaz.

133 Silisyum (Silikon)  Silisyum, yeryüzünde en çok bulunan elementlerden biridir.  Atom numarası 14'tür.  "Si" simgesi ile gösterilmektedir.  Camın ana maddesi kum olarak bilinir.  Silisyum kumda çok bulunmaktadır.

134 Silisyum Kovalent Bağ Yapısı

135 Silisyum ve Germanyum

136 Galyum ve Arsenik

137 GaAs Kovalent Bağ Yapısı

138 Elektronlar ve Oyuklar  Silisyum gibi katkısız bir yarıiletken içerisinde uyarılmış bazı elektronlar, bant de ğ iştirerek iletim bandına girerler ve böylece akım oluşturabilirler.  Silisyum içerisindeki bir elektron band aralı ğ ından karşıya geçti ğ inde yörünge içerisinde bir boşluk (oyuk) bırakırlar. 

139 Elektronlar ve Oyuklar  Harici bir voltaj etkisi altında malzeme içerisinde elektronlar ve oyuklar hareket edebilir.  N-tipi yarıiletkende katkı maddesi ekstra elektron sa ğ layarak iletkenli ğ i artırır.  P-tipi yarıiletkende ise katkı maddesi ekstra oyuklar oluşturarak iletkenli ğ i artırır.

140 N-Tipi Yarıiletkenin Meydana Gelişi  Germanyum (Ge) (4e)  Arsenik (Ar) (5e)  veya  Antimon (Sb) (5e)  katkılanırsa,  4’er elektron kovalent ba ğ yapar.  1 elektron da boşta (serbest) kalır.  Dış etki uygulanırsa bir elektron akışı meydana gelir.

141 N-Tipi Yarıiletkenin Meydana Gelişi  N-tipi yarıiletken yapıda, yapıya katılan ve elektron vererek pozitif yüklenen katkılama atomları “Donör İ yonları” olarak tanımlanır.  N-tipi yarıiletkende ço ğ unluk taşıyıcılar elektronlardır.  N-tipi yapı içerisinde az miktarda oyuklar da mevcut olabilir.  N-tipi malzeme içerisinde oyuklara azınlık taşıyıcıları adı verilmektedir.

142 N-Tipi Yarıiletken İçerisinde Elektron Akışı  Kristale bir gerilim uygulandı ğ ında içindeki serbest hale elektronlar, bataryanın negatif kutbu tarafından itilirler ve pozitif kutup tarafından çekilerek kayna ğ ın (-) kutbundan (+) kutbuna do ğ ru sürekli bir elektron akışı meydana getirirler.  Ancak akım yönünün ise (+)’dan (-)’ye do ğ ru oldu ğ u kabul edilir.

143 P-Tipi Yarıiletkenin Meydana Gelişi  Germanyum (Ge) (4e)  Indium (ln) (3e)  katkılanırsa,  Indium atomu komşu Germanyum atomundan 1 elektron alır ve aralarında kovalent ba ğ oluşur.  1 elektron kaybeden Germanyum atomunda bir elektron boşlu ğ u (oyuk) oluşur.  Bu maddeye P-tipi madde denir.

144 P-Tipi Yarıiletkenin Meydana Gelişi  P-tipi yarıiletken yapıda, yapıya katılan ve elektron alan katkılama atomları “Akseptör İ yonları” olarak tanımlanır.  P-tipi maddelerde ço ğ unluk akım taşıyıcısı oyuklardır.  Aynı zamanda bu yapı içerisinde az da olsa serbest elektron bulunur. Bunlara da azınlık taşıyıcıları adı verilir.

145 P-Tipi Yarıiletken İçerisinde Elektron Akışı  Pozitif elektrik yüklü oyuklardır.  P-tipi madde içerisinde bataryanın pozitif ucundan negatif ucuna do ğ ru, elektronlar ise negatif kutuptan pozitif kutba do ğ ru itilirler.  Aslında oyuklar hareket etmemektedir. Oyuklarla elektronlar yer de ğ iştirmektedir.

146 Yarıiletken Malzemelerin Üretimleri  Germanyum ve Silisyum hammaddeleri tabiatta saf halde bulunmadıkları için öncelikle saflaştırma işlemlerine tâbi tutulurlar.  Saflaştırma işlemi için hammaddeler ilk önce bir dizi kimyasal reaksiyon ve bölgesel arıtma işlemine tâbi tutulurlar.  Germanyum ve silisyumun saflaştırma işlemleri farklıdır.

147 Germanyumun Elde Edilmesi  Germanyum gümüş grisi bir geçiş elementidir.  Germanyum yerküre kabu ğ unun yüzde ile ’sini oluşturur.  Arygyrodite Germanite ve Renierte gibi yaygın olmayan minerallerde bulunur.  Germanyumun yarıiletken olarak kullanılabilmesi için öncelikle içindeki yabancı madde oranının 1/ ’un altına düşürülmesi gerekmektedir.  Bunun için bölgesel saflaştırma işlemi yapılır.

148 Germanyumun Saflaştırılması  Germanyumun saflaştırılmasında en çok uygulanan yöntem "Bölgesel saflaştırma”dır.  Çubuk şekline getirilmiş, yaklaşık 100 gram a ğ ırlı ğ ındaki germanyum görüldü ğ ü gibi özel bir pota içerisine konularak, saatte 5-6 cm 'lik hızla, endüksiyon yolu ile ısıtılan bir fırının içerisinden geçirilir.  Isıtıcı sistem, germanyumun erime derecesi olan 936°C 'ye ayarlanmıştır.  Isıtıcı bobinin altında eriyen katı yavaşça so ğ ur, saf kristal ayrışır ve yabancı maddeleri erimiş bölgede bırakır. Saf olmayan Germanyum çubuk Saflaştırılmış Germanyum çubuk

149 Germanyumun Saflaştırılması  Bu işlem yeniden kristalize edilen katının saflı ğ ı istenen düzeye gelene kadar tekrarlanabilir.  Yüzde oranına kadar saflık elde etmek mümkündür.  Bu halde Germanyum henüz polikristaldir ve yarıiletken devre elemanı yapımında kullanılabilmesi için monokristal yapı şeklinde getirilmesi gerekmektedir.

150 Germanyumun Monokristalizasyonu  Polikristal yapılı Germanyum bir hazne içerisine yerleştirilerek erime derecesine kadar ısıtılır.  Erimiş Germanyum içerisine tohum kristal halindeki Germanyum çubuk yardımıyla daldırılıp yavaş yavaş döndürülerek yukarı do ğ ru çekilir.  Sonuçta monokristal yapıya sahip bir germanyum kitlesi elde edilmiş olur. Ge


"Giriş Yrd. Doç. Dr. Enis GÜNAY Erciyes Üni. Müh. Fak. Elektrik-Elektronik Müh. Bölümü." indir ppt

Benzer bir sunumlar


Google Reklamları