Ragnar
Emektar Üye
- Üyelik Tarihi
- 30 Haz 2015
- Konular
- 1,446
- Mesajlar
- 4,354
- MFC Puanı
- 37,550
Germanyum ve Silikon yarı iletkenleri, kristal yapılarının kazandırdığı bir takım iletken özelliğine sahiptir.
Germanyum ve Silikon, elektroniğin ana elemanları olan, DİYOTLARIN, TRANSİSTÖRLERİN ve ENTEGRE DEVRELERİN üretiminde kullanılmaktadır. Bu nedenle, elektronik devre elemanları hakkındaki temel bilgilerin edinilebilmesi bakımından bu iki yarı iletkenin yapılarının iyi bilinmesi gerekir.
Her iki yarı iletken de tabiattan elde edilmekte ve saflaştırılarak monokristal haline getirildikten sonra devre elemanların üretiminde kullanılmaktadır.
Bu iki evrede oluşturulan germanyum henüz saf değildir. içerisinde bazı yabancı maddeler bulunur. Germanyumun kullanılabilinmesi için önce içindeki yabancı madde oranının 1/108 ‘in altına düşürülmesi gerekmektedir. Bunu sağlamak içinde ikinci evre olarak saflaştırma işlemi yapılır.
Çubuk şekline getirilmiş, yaklaşık 100 gram ağırlığındaki germanyum şekil 1 ‘de görüldüğü gibi özel bir pota içerisine konularak, saatte 5-6 cm ‘lik hızla, endüksiyon yolu ile ısıtılan bir fırının içerisinden geçirilir.
Aynı anda germanyum içerisinde ki yabancı maddeler de eriyerek çubuğun arka tarafına toplanır. Saflaştırma sonunda bu uç kesilerek alınır.Isıtıcı sistem, germanyumun erime derecesi olan 936°C ‘ye ayarlanıştır.
Germanyum çubuğun ısıtıcı içerisine giren ucu erimeye başlar ve çubuğun hareketi ile erime bir uçtan öbür uca doğru devam eder.
Kesilecek uç direnç kontrolü ile belirlenir. Germanyum saflaştıkça direnci artmaktadır.
Gerekirse bu işlemler birkaç kez daha tekrarlanarak germanyumun saflık derecesi arttırılabilir. Bu halde germanyum henüz polikristal ‘dir.
Çekme işlemi ilerledikçe, eriyik halindeki germanyum da yüzeysel gerilim etkisiyle çubuk etrafında toplanır ve aynı zamanda çubuğun kristal yapısına uygun olarak katılaşır. Bütün eriyik katılaşıncaya kadar aynı işlemle çekmeye devam edilir. Sounda, monokristal yapıya sahip bir germanyum kitlesi ortaya çıkar.
Gerek Germanyum gerekse de Silikon kristal yapı bakımından aynı olduğundan, anlatımda örnek olarak birinin veya diğerinin alınması fark etmemektedir.
Daha önce de açıklandığı gibi, germanyum ve silikonun yararlı hale gelebilmesi için monokristal yapıya dönüştürülmeleri gerekmektedir.
Monokristal yapılarda, valans elektronlar komşu iki atomun dış yörüngelerinde birlikte bulunmaktadır. Bu durum iki elektron arasıda sanki bir bağ varmış gibi yorumlanmaktadır. İşte bu sembolik bağa kovalan bağ adı verilir.
Şekil 4 ‘te Germanyum monokristalin atomları arasındaki kovalan bağlar gösterilmiştir. Kovalan bağların ucundaki elektronlar her iki atoma da bağlı bulunduğundan atomların dış yörüngeleri 8 elektronlu olmaktadır.
Bir monokristal ısıtıldığında veya ışık ve elektriksel gerilim etkisi altında bırakıldığında, kovalan bağ kuvvetini yenen çok az sayıdaki elektron atomdan uzaklaşır. Bu durum bir yarı iletkenlik belirtisi olmaktadır.
Germanyum ve Silikon, elektroniğin ana elemanları olan, DİYOTLARIN, TRANSİSTÖRLERİN ve ENTEGRE DEVRELERİN üretiminde kullanılmaktadır. Bu nedenle, elektronik devre elemanları hakkındaki temel bilgilerin edinilebilmesi bakımından bu iki yarı iletkenin yapılarının iyi bilinmesi gerekir.
Her iki yarı iletken de tabiattan elde edilmekte ve saflaştırılarak monokristal haline getirildikten sonra devre elemanların üretiminde kullanılmaktadır.
Germanyumun Elde Edilişi:
Germanyum başlıca iki kaynaktan sağlanır:
- Bazı cins maden kömürünün baca tozlarından,
- Çinko rafine endüstrisi yan ürünlerinden
Bu iki evrede oluşturulan germanyum henüz saf değildir. içerisinde bazı yabancı maddeler bulunur. Germanyumun kullanılabilinmesi için önce içindeki yabancı madde oranının 1/108 ‘in altına düşürülmesi gerekmektedir. Bunu sağlamak içinde ikinci evre olarak saflaştırma işlemi yapılır.
Germanyumun Saflaştırılması:
Germanyumun saflaştırılmasında en çok uygulanan yöntem “Bölgesel saflaştırma” dır.Çubuk şekline getirilmiş, yaklaşık 100 gram ağırlığındaki germanyum şekil 1 ‘de görüldüğü gibi özel bir pota içerisine konularak, saatte 5-6 cm ‘lik hızla, endüksiyon yolu ile ısıtılan bir fırının içerisinden geçirilir.
Aynı anda germanyum içerisinde ki yabancı maddeler de eriyerek çubuğun arka tarafına toplanır. Saflaştırma sonunda bu uç kesilerek alınır.Isıtıcı sistem, germanyumun erime derecesi olan 936°C ‘ye ayarlanıştır.
Germanyum çubuğun ısıtıcı içerisine giren ucu erimeye başlar ve çubuğun hareketi ile erime bir uçtan öbür uca doğru devam eder.
Kesilecek uç direnç kontrolü ile belirlenir. Germanyum saflaştıkça direnci artmaktadır.
Gerekirse bu işlemler birkaç kez daha tekrarlanarak germanyumun saflık derecesi arttırılabilir. Bu halde germanyum henüz polikristal ‘dir.
Silikonun Elde Edilişi ve Saflaştırılması:
Silikon tabiatta silika (Kuartz yahut kum) halinde bol miktarda bulunur. Silikon, germanyum için anlatılan yöntemle saflaştırılmaz. İçerisinde bulunan BOR “bölgesel saflaştırma” yolu ile tamamen alınamamaktadır.Saflaştırma işlemi çok uzun sürmektedir…….Germanyumun MonoKristal Hale Getirilmesi:
Germanyum ve silikon ancak MONOKRİSTAL haline getirildikten sonra DİYOT, TRANSİSTÖR ve ENTEGRE DEVRELERİN üretiminde kullanılabilir. “Monokristal” kelimesi uluslararası bir terimdir ve Tek tip kristal anlamına gelmektedir.Germanyumda monokristal yapı şöyle oluşmaktadır:
Poli kristalli saf germanyum grafit bir pota içerisinde ergime derecesine kadar ısıtılır. Ergimiş germanyum içerisine, Şekil 2 ‘de görüldüğü gibi monokristal halindeki germanyum çubuk daldırılıp yavaş yavaş döndürülerek çekilir.Çekme işlemi ilerledikçe, eriyik halindeki germanyum da yüzeysel gerilim etkisiyle çubuk etrafında toplanır ve aynı zamanda çubuğun kristal yapısına uygun olarak katılaşır. Bütün eriyik katılaşıncaya kadar aynı işlemle çekmeye devam edilir. Sounda, monokristal yapıya sahip bir germanyum kitlesi ortaya çıkar.
Siliskonun Monokristal Haline Getirilmesi:
Her ne kadar, monokristal silikon da Germanyum gibi tek kristal çekirdekten üretilse de, ergime derecesinin yüksek (1420°C) olması ve başka maddelerle birleşmemesi nedeniyle işlem ayrıntılarında farklılıklar vardır.Saf Germanyum ve Silikonun Kristal Yapısı
Daha önce de açıklandığı gibi, germanyum ve silikonun yararlı hale gelebilmesi için monokristal yapıya dönüştürülmeleri gerekmektedir.
Mono Kristal yapı nedir?
Monokristal yapıda atomlar, bir kübik kafes sistemi oluşturmaktadır. Sistemdeki kürecikler, atomları gösteriyor. Atomlar arasındaki yollar da kovalan bağları sembolize ediyor.Kovalan Bağ
Şekil 4 ‘te Germanyum monokristalin atomları arasındaki kovalan bağlar gösterilmiştir. Kovalan bağların ucundaki elektronlar her iki atoma da bağlı bulunduğundan atomların dış yörüngeleri 8 elektronlu olmaktadır.
Dış yörüngesinde 8 elektron bulunan atomlar elektron almaya ve vermeye istekli olmazlar.
NOT:
Kimilerince “kovalan” yerine İngilizce yazılımına uyarak “kovelent” terimi kullanılmaktadır. “KOVALAN” kelimesi Türkçe ses uyumu bakımından daha uygundur.Bir monokristal ısıtıldığında veya ışık ve elektriksel gerilim etkisi altında bırakıldığında, kovalan bağ kuvvetini yenen çok az sayıdaki elektron atomdan uzaklaşır. Bu durum bir yarı iletkenlik belirtisi olmaktadır.