• Hakkında.
  • Silisyum yerine germanyum yarı iletkenlerinin tercih edilme sebebi nedir?


    Silisyum yerine germanyum yarı iletkenlerinin tercih edilme sebebi nedir?

    Elektronigin iki temel malzemesi olan silisyum ve germanyum incelenmiştir. Ge ve Si özellikleri ile karşılaştırmaları; p ve n tipi materyaller, eklemler; diyotlar, diyot çeşitleri ve kullanım alanları; iletkenler, yartı iletkenler ve süper iletkenler; azınlık ve çoğunluk taşıyıcılar konuları işlenmiştir.

    SİLİSYUM-GERMANYUM

    Silisyum bilindiği gibi elektronik endüstrisinde en çok kullanılan yarı iletken materyaldir diğer bir malzeme ise germanyum dur anlatılacak olan her şey germanyum içinde geçerlidir.

    Germanyum ve silisyum mono kristal(tek kristal) bir yapıya sahiptir. Mono kristal yapı her köşesinde bir atom bulunan düzgün dörtgen şeklindeki bir hücrenin dört yönde tekrarlanması ile oluşur bu karbonun elmas halindeki yapısına benzer.

    Eğer kristal saf değilse, içinde yabancı atom varsa veya kristalin işlenmesi sırasında sıcaklığın etkisi malzemede düzensizlik oluşturur. Bu düzensizlikler kristalin elektriksel özellikleri üzerinde olumsuz etki yapar bunun için elektronikte kullanılacak malzemenin mümkün olduğu kadar saf olması istenir. On milyarda bir saflık yeterli bir saflıktır (yani on milyarda bir atom yabancı atom yeterli kabul edilebilir)

    Doğadaki kristal yapıdaki malzemelerin çoğu polikristal (çoklu kristal yapıya sahiptir. Bu nedenle elektronik malzeme üretimine uygun değillerdir.

    GERMANYUM –SİLİSYUM KARŞILAŞTIRMASI

    Atomik yapıları dikkate alındığında silisyumun da germanyumun da son elektron yörüngelerinde 4’er elektron bulunur, fakat toplam elektron sayısı dikkate alındığında germanyumun 32, silisyumun14 elektronu bulunur. Bunun anlamı nedir?

    Bunun anlamı, elektron sayısı fazla olan malzeme atomun çekim kuvvetinden daha çabuk kurtulacağı için daha küçük bir etki ile iletken olabileceğidir. Bir örnek vermek gerekirse germanyum diyotun iletime geçme voltajı 0,3 volt iken silisyumun 0,7 volttur. Yani iletim konusunda silisyum daha stabil bir malzemedir. Germanyum yukarıda anlattığım atomik yapı yüzünden özelliğini daha çabuk kaybedebilen bir malzemedir. İşte bu nedenden dolayı silisyum daha çok tercih edilir.

    P VE N TİPİ SİLİSYUM

    Bilindiği gibi atomun yapısında elektronlar negatif değerlikli elemanlardı.
    Hatırlatma: Son elektron yörüngesinde 4’den az elektron bulunan maddeler yalıtkan 5’den fazla elektron bulunan maddeler iletken 5 veya 4 elektron bulunan malzemeler yarı iletkendir.

    Şimdi basit bir kimyasal olaydan söz edelim. Silisyum son elektron yörüngesinde 4 elektron bulunan bir yarı iletkenle son yörüngesinde 5 veya 6 elektron bulunan bir malzemeyi (antimuan-arsenik-ya da fosfor) karıştırırsak ne olur?

    Cevap: son yörüngesindeki elektron sayısı +1 artan silisyum fazladan bir negatif değerlik kazanır ve N tipi silisyum oluşur.

    Yukarıdaki olayı aynen bor-galyum-veya alimünyum ile tekrarlarsak P tipi silisyum elde ederiz

    Bu silisyumun katkılanması olayıdır ve katılan maddeye genel olarak doping denir. Bu maddelerden diyotun katkılanma oranına göre değişik diyotlar elde edilir. Örneğin: Tunel diyot ya da shottky diyot gibi.

    P VE N TİPİ MALZEMENİN ÖZELLİKLERİ

    Peki elde ettiğimiz bu malzemeler ne ise yarar? Bir silisyumun p tipi olması o malzemenin içerisinde oyuk diye tabir edilen elektron boşlukları olduğu ve malzemenin ancak ( – ) negatif polarite ile iletken hale geçebileceği anlamına gelir.

    Aynı şey N tipi silisyum için de geçerlidir N tipi silisyumun iletime geçmesi içinde (+ ) pozitif polariteye ihtiyaç vardır.

    Yarı İletkenler – MsX

    Ayrıca:
    Yarı iletkenlerin başlıca şu özellikleri vardır:

    • Normal halde yalıtkandırlar.
    • Ancak ısı, ışık ve magnetik etki altında bırakıldığında veya gerilim uygulandığında bir miktar valans elektronu serbest hale geçer, yani iletkenlik özelliği kazanır.
    • Bu şekilde iletkenlik özelliği kazanması geçici olup, dış etki kalkınca elektronlar tekrar atomlarına dönerler.
    • Tabiatta basit eleman halinde bulunduğu 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, yukarıda belirtildiği gibi ısı, ışık, etkisi ve gerilim uygulanması ile belirli oranda iletken hale geçirildiği gibi, içlerine bazı özel maddeler katılarak ta iletkenlikleri arttırılmaktadır.
    • Katkı maddeleriyle iletkenlikleri arttırılan yarı iletkenlerin elektronikte ayrı bir yeri vardır. Bunun nedeni Tablo 2.1 ‘de görüldüğü gibi, elektronik devre elemanlarının üretiminde kullanılmalarıdır.

    İletkenlik bakımından iletkenler ile yalıtkanlar arasında yer alırlar, Elektroniğin iki temel elemanı olan diyot ve transistörlerin üretiminde kullanılan germanyum (Ge) ve silikon (Si) yarı iletkenleri gelecek bölümde daha geniş olarak incelenecektir.

    ADI ve KULLANILMA YERİ
    Germanyum (Ge) (Basit eleman)–Diyot, transistör, entegre, devre
    Silikon (Si) (Basit eleman)–Diyot, transistör, entegre, devre
    Selenyum (Se) (Basit eleman)–Diyot
    Bakır oksit (kuproksit) (CuO) (Bileşik eleman)–Diyot
    Galliyum Arsenid (Ga As) (Bileşik eleman)–Tünel diyot, laser, fotodiyot, led
    Indiyum Fosfur (In P) (Bileşik eleman)–Diyot, transistör
    Kurşun Sülfür (Pb S) (Bileşik eleman)–Güneş pili (Fotosel)

    Not:

    Germanyum ve silikon periyodik tabloda yer alan iki elementtir.
    Çoğu ülke periyodik tabloyu kendi dillerinde hazırlamaktadır.
    Ülkemizde ise, bazı terimler gelişmiş ülke dillerinden alınarak Türkçe ‘ye uyarlama yoluna gidilmiştir.
    Germanyum adı, en çok kullanılan, İngilizce, Almanca ve Fransızca dillerinde “Germanium” olarak yazılmakta ve “germanyum” olarak okunmaktadır. Türkçe ‘ye de “germanyum” olarak alınmış ve herkesçe de benimsenmiştir.
    Silikon ‘da durum farklıdır.
    Silikon yabancı dillerde şöyle yazılmakta ve okunmaktadır:

    İngilizce ‘de; Silicon (Silikon)
    Almanca ‘da; Silikon (silikon)
    Fransızca ‘da; Silicium (silisyum)
    Türkçe de ise yararlanılan yabancı kaynaktan esinlenerek kimilerince silikon, kimilerince de silisyum denmiştir.