Bir maddeyi elektriksel bakımdan iletken hale getirebilmek için dışarıdan bir enerji uygulanması gerekir. Bu enerji miktarı üç ayrı enerji bandının oluşmasını sağlar. Bunlar, şekil 2.13'de görülebileceği gibi "iletkenlik bandı", "yasak band" ve "valans bandı"dır.
Herhangi bir atomun valans bandındaki elektronların yörüngesinden koparak iletkenlik bandına geçmesi için, bu iki band arasındaki yasak bandı geçmesi gerekir.
a- Yasak band: Elektron bakımından boş bulunan ve valans bandındaki elektronların iletkenlik bandına geçmesini zorlaştıran boşluğa denir.
b- ıletkenlik bandı: Valans banddan kopan ve akım taşıyabilecek durumda olan elektronların bulunduğu banddır. Maddeler, elektronlarının bu banda geçmesiyle iletken hale gelirler.
Maddelerin elektriksel iletkenliği, atomlarının enerji seviyelerine bağlıdır. Her maddenin, içinde bulunan elektronların serbest hale geçmesi için, o maddeye dışarıdan farklı enerji seviyeleri uygulamak gereklidir. Saf bir yarı iletken maddede iletkenlik, elektronların bir banddan diğerine geçmesiyle meydana gelir. Yani, bir atomun son yörüngesinde bulunan valans elektronun serbest duruma geçmesi, o maddenin iletkenlik kazanması anlamına gelir.
Şekil 2.14'de görüldüğü gibi dışarıdan enerji (ısı, ışık vb.) alan bir elektron bir üst banda (tabakaya) yükselebilir. Daha düşük bir banda geçen elektron ise dışarıya enerji yayar. Valans bandında bulunan elektronlar çekirdeğin çekim kuvveti nedeniyle yörüngelerinden çıkamazlar. Bunların serbest hale geçebilmesi için, dışarıdan yeter miktarda enerji uygulanması gereklidir. Bu enerjiyi alan elektron, valans bandından çıkıp yasak bölgeyi geçerek iletkenlik bandına ulaşır. Orada akım taşıyıcı olarak görev yapmaya başlar. Elektron yerinden çıktığı zaman arkasında bir oyuk bırakır. Oyuk, pozitif yüklü olarak kabul edilir.
iletkenlerin "valans bandı enerji seviyesiyle" "iletkenlik bandı enerji seviyesi" aynıdır. Bu nedenle iletkenlerde küçük bir enerji uygulanmasıyla pek çok valans elektron serbest duruma geçebilmektedir. Başka bir anlatımla, iletkenlerde yasak band yok denecek kadar azdır. Bu sayede elektronlar kolaylıkla valans bandından iletkenlik bandına atlayabilirler. Şekil 2.13-a'ya bakınız. Yarı iletkenlerin valans bandıyla iletkenlik bandı arasında belirli bir boşluk bandı vardır. Bundan dolayı yarı iletkenlerin iletkenlik oluşturabilmesi için, valans elektronlarına boşluk bandı kadar ek enerji uygulamak gereklidir. Şekil 2.13-b'ye bakınız.
Yalıtkanlardaysa oldukça büyük bir boşluk bandı vardır. Bundan dolayı elektronları valans bandından iletkenlik bandına geçirebilmek için çok yüksek değerli enerjiye gerek vardır. Şekil 2.13-c'ye bakınız.
c- Atomların yörüngelerindeki elektron sayıları
20. Yüzyılın başlarında Bohr ve diğer bilginler tarafından yapılan çalışmalar elektron yörüngelerinin katmanlar halinde oluştuğunu göstermiştir. Başka bir deyişle, elektronlar yörünge (orbital, kabuk) adı verilen yollar üzerinde dönerler.
Bu yörüngelere K, L, M, N, O, P, Q adı verilir ve yörüngeler çekirdekten dışarıya doğru 1, 2, 3, ... olarak numaralanır. Her yörüngede maksimum kaç elektron bulunduğu katman sayısının karesinin 2 ile çarpılmasıyla bulunur.
Yani, her katmanda bulunabilen en fazla (maksimim) elektron sayısı 2n2 denklemiyle bulunur. (n = 1, 2, 3 ...)
Atomların kabuklarındaki maksimum elektron sayıları
K: 2, L: 8, M: 18, N: 32, O: 50, P: 72, Q: 98.
Örnek: Atomun ikinci (L) kabuğunda bulunabilecek maksimum elektron sayısını hesaplayınız.
Çözüm: L kabuğunda bulunabilen maksimum elektron sayısı = 2.n2 = 2.22 = 8.
d- Atomlarda kovalent (ikili) bağ
Maddelerin içinde bulunan atomların elektronları dizilirken kimyasal olarak 8’li bağlarla birbirine bağlanırlar. Yani, kovalent yapının oluşması için "8 elektrona" gerek vardır. Ve bu işlem yarı iletken atomlarının son yörüngelerindeki elektronların karşılıklı kullanımıyla gerçekleşir. şekil 2.15'e bakınız. Yani silisyumun (ya da germanyumun) dört elektronu komşu silisyum atomlarının elektronlarını ortak olarak kullanır. Ortak kullanımdaki elektronlar hem kendi hem de komşu atom çevresinde döner. Buna "kovalent bağ" denir. Silisyum ya da germanyum kristali ısıtılır veya elektrik akımının etkisine maruz bırakılırsa, kovalent bağların çekim kuvvetini yenen çok az sayıdaki elektron serbest hale geçer. Halbuki aynı uygulama iletkenlere yapılsa (örneğin bakır) sayılamayacak derecede çok sayıda elektron serbest hale geçer.
Hiç yorum yok:
Yorum Gönder