Sunum yükleniyor. Lütfen bekleyiniz

Sunum yükleniyor. Lütfen bekleyiniz

Elektrik-Elektronik Mühendisliği için Malzeme Bilgisi Bölüm VII: Yarıiletkenler.

Benzer bir sunumlar


... konulu sunumlar: "Elektrik-Elektronik Mühendisliği için Malzeme Bilgisi Bölüm VII: Yarıiletkenler."— Sunum transkripti:

1 Elektrik-Elektronik Mühendisliği için Malzeme Bilgisi Bölüm VII: Yarıiletkenler

2  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

3 Enerji-Band Diyagramları

4 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.

5 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.

6 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

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

8 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.

9 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.

10 Silisyum Kovalent Bağ Yapısı

11 Silisyum ve Germanyum

12 Galyum ve Arsenik

13 GaAs Kovalent Bağ Yapısı

14 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. 

15 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.

16 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.

17 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.

18 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.

19 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.

20 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.

21 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.

22 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.

23 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.

24 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

25 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.

26 Monokristal-Polikristal

27 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

28 Silisyumun Elde Edilmesi  Ödev: Silisyumun saflaştırılması ve monokristalizasyonu konusunu inceleyiniz.


"Elektrik-Elektronik Mühendisliği için Malzeme Bilgisi Bölüm VII: Yarıiletkenler." indir ppt

Benzer bir sunumlar


Google Reklamları