N Tipi Yarıiletken Nedir?
N Tipi Yarıiletken Nedir?
N Tipi Yarıiletken Tanımı
N tipi yarıiletken, beş valanslı katkı maddeleri ile doygunlaştırılarak özgür elektron ekleyerek iletkenliğini artırmış bir yarıiletken türü olarak tanımlanır.
N tipi yarıiletkenin ne olduğunu anlamadan önce, temel atom bilimine odaklanmalıyız. Atomların en dıştaki yörüngesinde, valans elektronları olarak adlandırılan sekiz elektron olmaya çalıştığını biliyoruz. Tüm atomlar bu hedefe ulaşamaz, ancak hepsi bu istikrarlı yapıya ulaşmak için çaba gösterir.
Bir atomun en dıştaki yörüngesindeki elektronlara valans elektronları denir. Eğer bir atomun en dıştaki yörüngesinde sekiz elektron yoksa, yörüngenin elektron eksikliği kadar boşluk olacaktır. Bu boşluklar, atomun en dıştaki yörüngesinde sekiz elektronu tamamlamak için her zaman elektron kabul etmeye hazır olur.
En yaygın kullanılan yarıiletkenler silikon ve germenyumdur. Silikon'un 14 elektronu 2, 8, 4 şeklinde düzenlenmiştir, germenyum ise 32 elektronu 2, 8, 18, 4 şeklinde düzenlenmiştir. Her iki yarıiletkenin de en dıştaki yörüngesinde dört elektronu vardır, bu nedenle yörüngenin tamamlanması için dört daha elektron gerekmektedir.
Silikon veya germenyum'daki dört valans elektronun her biri, komşu atomlarla kovalent bağ oluşturarak boşlukları doldurur. İdeal olarak, bir yarıiletken kristalindeki tüm valans elektronları kovalent bağlarda yer almalıdır, bu nedenle kristalde özgür elektron olmamalıdır.
Ancak bu gerçek durum değildir. Mutlak sıfır Kelvin'de kristalde hiçbir özgür elektron olmaz, ancak sıcaklık mutlak sıfırdan oda sıcaklığına yükseldiğinde, bağlardaki valans elektronlarının bazıları termal uyarılma sonucunda bağlarından çıkıp kristalde birçok özgür elektron oluşturur. Bu özgür elektronlar, mutlak sıfırdan yüksek herhangi bir sıcaklıktaki yarıiletken malzemelerin iletkenliğine neden olur.
Mutlak sıfırdan yüksek herhangi bir sıcaklıktaki yarıiletkenlerin iletkenliğini artırmak için bir yöntem vardır. Bu yöntem doygunlaştırma olarak adlandırılır. Bu yöntemde, saf veya içsel yarıiletken, antimon, arsénik ve fosfor gibi beş valanslı katkı maddeleri ile doygunlaştırılır. Bu katkı maddeleri, yarıiletken kristalindeki bazı yarıiletken atomlarını değiştirir ve onların yerini alır. Katkı maddelerinin en dıştaki yörüngesinde beş valans elektronu olduğundan, bunların dördü dört komşu yarıiletken atomla kovalent bağ oluşturur.
Katılım maddesi atomunun bir valans elektronu, kovalent bağ oluşturmaya fırsat bulamaz ve ana katkı maddesi atomuna daha gevşek bağlı olur. Oda sıcaklığında, bu gevşek bağlı beşinci valans elektronları, termal uyarılmanın sonucunda konumlarından çıkabilir.
Bu fenomen sonucunda, önemli miktarda özgür elektron olacaktır, ancak hala oda sıcaklığında termal uyarılmanın sonucunda kristalde kovalent bağlarda kopuşlar olacaktır. Kovalent bağlarda kopuşun sonucunda oluşan özgür elektronlar, katkılı yarıiletken ve yarıiletkenler arasındaki kovalent bağlarda kopuş sonucunda oluşan özgür elektronlara ek olarak, kristaldeki toplam özgür elektron sayısına neden olur.
Her ne kadar bir özgür elektron, yarıiletken- yarıiletken kovalent bağının kopuşu sırasında oluştuğu anda, kopmuş bağta bir boşluk oluşsun da, bu boşluklar delik olarak adlandırılır. Her bir delik, bir elektron eksikliğinden dolayı oluştuğu için negatif bir elektrona karşılık gelen pozitif bir eşdeğer olarak kabul edilir. Burada elektronlar, ana mobil yük taşıyıcılarıdır. N tipi yarıiletkenlerde hem özgür elektronlar hem de delikler bulunur.
Ancak, deliklerin sayısı, özgür elektronların sayısından çok daha azdır çünkü delikler sadece yarıiletken- yarıiletken kovalent bağların kopuşu sonucunda oluşurken, özgür elektronlar, katkı maddelerinin gevşek bağlı beşinci valans elektronları ve yarıiletken- yarıiletken kovalent bağların kopuşu sonucunda oluşur.
Bu nedenle, n tipi yarıiletkenlerde özgür elektronların sayısı >> deliklerin sayısıdır. Bu yüzden özgür elektronlar çoğunluk taşıyıcıları, delikler ise azınlık taşıyıcıları olarak adlandırılır. Negatif yüklü elektronların, bu yarıiletken üzerinden yük transferinde ana rol oynaması nedeniyle, bu yarıiletken negatif tip veya n tipi yarıiletken olarak adlandırılır. Kristalde çok sayıda özgür elektron varsa bile, toplam proton sayısı ve toplam elektron sayısı eşit olduğundan, elektriksel olarak nötrdür.
