İçsel ve Dışsal Yarı İletkenler
Saf bir yarı iletken, yalnızca termal olarak üretilen elektron-boşluk çiftleri aracılığıyla iletkenlik gösterir; ancak kasıtlı olarak donör veya akseptör safsızlıkları eklenmesi, onu kontrol edilebilir iletkenliğe sahip n-tipi veya p-tipi malzemeye dönüştürmektedir.
Tanım
İçsel bir yarı iletken, bant aralığı boyunca termal uyarım ile eşit sayıda elektron ve boşluğun üretildiği saf bir kristaldir; dışsal bir yarı iletken ise, bir taşıyıcı tipinin fazlalığını oluşturan donör veya akseptör safsızlıkları ile katkılanmış, onu n-tipi veya p-tipi yapan bir yarı iletkendir.
Kapsam
Bu konu, elektron ve boşluk konsantrasyonlarının eşit olduğu ve bant aralığı boyunca termal uyarım ile belirlendiği içsel yarı iletkenleri, donör veya akseptör safsızlıklarının çoğunluk taşıyıcıları sağladığı dışsal (katkılı) yarı iletkenlerden ayırmaktadır. Sığ donör ve akseptör seviyelerini, iyonizasyonu, donma (freeze-out), dışsal ve içsel sıcaklık rejimlerini ve bunun sonucunda ortaya çıkan taşıyıcı konsantrasyonunun sıcaklık bağımlılığını kapsamaktadır. Konu, takip eden taşıyıcı istatistikleri ve eklem (junction) konularına zemin hazırlamaktadır.
Temel sorular
- Saf bir yarı iletkende taşıyıcılar nasıl oluşur ve içsel konsantrasyon neden sıcaklıkla keskin bir şekilde artar?
- Donör ve akseptör safsızlıkları n-tipi ve p-tipi malzemeyi nasıl üretir?
- Katkı maddesi enerji seviyeleri neden sığdır ve iyonizasyon sıcaklıkla nasıl değişir?
- Taşıyıcı konsantrasyonunun donma (freeze-out), dışsal ve içsel rejimleri nelerdir?
Anahtar kavramlar
- İçsel taşıyıcı konsantrasyonu
- Donör ve akseptör safsızlıkları
- n-tipi ve p-tipi malzeme
- Sığ safsızlık seviyeleri ve iyonizasyon
- Donma (freeze-out), dışsal ve içsel rejimler
Klinik önem
Dışsal malzemeyi içsel malzemeden ayıran kontrollü katkılama, tüm yarı iletken cihazların temelini oluşturmaktadır; katkı maddesi tipinin ve konsantrasyonunun seçimi, diyotları, transistörleri ve entegre devreleri oluşturan bölgelerin taşıyıcı yoğunluğunu ve iletkenliğini belirlemektedir.
Tarihçe
Safsızlıkların yarı iletken iletimindeki rolü 1930'larda ve 1940'larda açıklığa kavuşturulmuştur ve 1940'ların sonları ile 1950'lerin başlarında Bell Laboratuvarları'nda kontrollü katkılama ve tek kristal büyümesinin geliştirilmesi, tekrarlanabilir n-tipi ve p-tipi malzemeyi mümkün kılarak transistörün ve yarı iletken endüstrisinin önünü açmıştır.
Öne çıkan isimler
- William Shockley
- Gordon Teal
- Walter Brattain
İlgili konular
Temel eserler
- sze2007
- ashcroft1976
Sıkça sorulan sorular
- Bir katkı maddesini donör veya akseptör yapan nedir?
- Bir donör, yerini aldığı ana atomdan bir fazla değerlik elektronuna sahiptir ve bunu kolayca iletim bandına verir (n-tipi); bir akseptör ise bir eksik değerlik elektronuna sahiptir, değerlik bandından bir elektron yakalar ve bir boşluk bırakır (p-tipi).
- İçsel bir yarı iletken ısıtıldığında neden daha iyi iletkenlik gösterir?
- Sıcaklığı artırmak, daha fazla elektrona bant aralığını geçmek için yeterli enerji verir ve akım taşımak için mevcut elektron-boşluk çiftlerinin sayısını üstel olarak artırır; bu durum, iletkenliği ısıtmayla düşen bir metalin tam tersidir.