Yarı iletken maddelerin işleyişi nasıldır? Yarı iletkenlerin teknolojide kullanımı,bilgisayarlar ve modern yaşamda kullanılan yarı iletkenler.
Belli malzemelerin iletkenliğinin sıcaklığa bağlı olduğu 19. yüzyılda saptandı. Yarı-iletken özelliğe sahip malzemeler modern enformasyonun temelini oluşturur.
Yarı-İletkenin İşleyişi
Katı maddelerin elektronik bant yapısı yarı-iletkenlerin özelliklerini açıklar. Tıpkı serbest atomlardaki elektronların enerji düzeyleri gibi, katı maddelerdeki elektronların da enerji bantları vardır. Farklı enerji bantları arasında bant boşlukları bulunur. Bir yarı-iletkende elektronların yer aldığı en yüksek enerji düzeyine değerlik bandı, boş olan en düşük enerji düzeyine ise iletim bandı denir.
Yalıtkanlara oranla yarı-iletkenlerde daha küçük bir bant boşluğu vardır. Elektronlar oda sıcaklığında birleşme bandından iletim bandına getirilebilir.
Yalıtkanlarda elektronlar bant boşluğuyla başa çıkamazlar. Biran bunu başarsalar bile, atom çekirdeklerinin olağanüstü çekimiyle hemen geri kapılırlar. Elektrik akımının akıcı olmaması bundan kaynaklanır.
Katkılı bir yarı-iletkende elektronlar ek bir dar bant oluşturur. İletim bandına kolayca ulaşarak iletkenliğe katkıda bulunur.
Teknolojide Yarı İletkenler
Bilgisayarlar, cep telefonları, dijital kameralar, uzay yolculuğu, bilgisayarlı tomografi gibi tıbbi teknolojiler ve yapay kalp pilleri, günümüzde yarı-iletkenlerden yapılan parçalar olmaksızın düşünülemez bile. Bu malzemeler 20°C’de elektriği yalıtkanlara oranla daha fazla, ama metallere oranla daha az iletir. Yarı-iletkenlerin iletkenlik düzeyi sıkı sıkıya sıcaklığa bağlıdır ve genellikle ısıyla birlikte artar.
“Yarı-iletken”den söz edilince, insanların aklına genelde silikon gelir. Gerçekten de silikon teknolojik bakımdan en önemli malzemedir; ama bilinen 600’ü aşkın inorganik yarı-iletken daha vardır.
Bunların başında galyum arsenit gibi III-V yarı iletkenler gelir. Bunlar periyodik tablonun üçüncü ve beşinci grubundaki elementlerden oluşur.
Kusursuz Kristale Giden Yol
Yarı-iletkenler çoğunlukla kusursuza yakın kristaller biçiminde kullanılır. Bunlar, bir yarı-iletken malzeme çubuğunu parça parça eritme yoluyla üretilir. Yavaş soğuma sayesinde atomlar tek örnek bir atom yapısı içinde düzenlenir ve yarı-iletken kristalleşir. Bu “alandant alana” eritmenin bir çeşidine silikonu temizlemede başvurulur. Çok ince bir kristal katmanı elde etmek amacıyla, gazlı yarı-iletken
bileşikler soğuk bir taşıyıcı yüzeyde yoğunlaştırılır. Kristalin atom konumlarını düzenlemek için kullanılan yöntemler günümüzde gittikçe önem kazanmıştır.
Tercih Edilen Verici Atomlar
Yarı-iletken geniş bir aralıkta iletkenliği denetlenebilen bir katı maddedir. Teknolojik bakımdan önemli olması, katışık maddeler ekleyerek iletkenliğini değiştirebilme olanağından gelir. Bunun için yarı-iletkenin kristalli yapısına verici atomlar katılır. Bu “katkı” bir iyon demetini yarı-iletkene ışınlayarak sağlanır. İyonların yarı-iletken yüzeyine çarpması sırasındaki enerji ne kadar yüksek olursa, o ölçüde daha derine girerler.
Çip Üretimi ve Uygulaması
Entegre devrelerin ve mikroçiplerin yapımında, yarı-iletkenlere katkı işleminin yanısıra ufak yapıların da verilmesi gerekir. Yarı-iletken katmanlar ışığa dirençli maddeyle kaplanır. Ardından yapılar için gerekli model (“maske”) morötesi radyasyona ya da elektron demetine tutma yoluyla yarı-iletkene aktarılır. Bir kimyasal banyoyla kaplamanın seçilen kısımları ayrılır. Cilanın çözüldüğü yerlerde, yarı-iletken katmanı aşındırmak için asitler kullanılabilir. Bu işlemler havalandırmalı ve temiz odalarda yapılır. Havadaki zerre yoğunluğu olabildiğince düşük tutulur. Minicik devresine bir toz zerresi giren bir mikroçip düzgün çalışmaz.
Yarı-iletkenler sadece mikro teknolojide ve enformasyon teknolojisinde değil, ama ışık enerjisini ve elektrik enerjisini birbirine dönüştürmede de önemli bir rol oynar. Güneş pilleri ışığı elektriğe, ışık saçan diyotlar elektriği ışığa çevirir. Birçok cep hesap makinesinde enerji için güneş pilleri, birçok elektronik alette de sayısal göstergeler için ışık saçan diyotlar kullanılır.
