Malzemelerin elektriksel özellikleri

Transkript

1 Malzemelerin elektriksel özellikleri

2 OHM yasası Elektriksel iletkenlik, ohm yasasından yola çıkılarak saptanabilir. V = IR Burada, V (gerilim farkı) : volt(v), I (elektrik akımı) : amper(a) ve R(telin direnci) : ohm(ω) dur. ρ malzemenin elektriksel öz direnç veya özgül direnç olarak adlandırılır.

3 Elektriksel öz direnci ölçmede kullanılan düzeneğin şematik gösterimi.

4 12 (N= 12) atomdan oluşan bir kümede, elektron enerjisinin atomlararası mesafeyle değişim eğrisi. Kısa mesafeli yaklaşma konumunda her bir 1s ve 2s atom konumları, 12 konumundan oluşan bir elektron enerji bandı oluşturmak üzere ayrılması.

5 (a) Bir katı malzeme için atomlararası denge mesafesindeki elektron enerji bant yapısının klasik gösterimi. (b) Bir atom kümesi için elektron enerjisinin atomlararası mesafeyle değişimi, denge mesafesindeki (a) dan enerji bant yapısının nasıl üretildiğinin gösterimi.

6 Katılarda elektron bant aralıkları (0 K de) (a) Metallerde örneğin bakırda bulunan elektron bant yapıları, burada aynı bantta dolu konumların üstünde ve dolu olana yakın elektron konumları mevcuttur. (b) elektron bant yapıları örneğin Mg da dolu valans bandı ile boş iletim bandı üst üste düşmektedir.

7 Katılarda elektron bant aralıkları (0 K de) (c) Yalıtkanların elektron bant yapı özelliği, dolu valans bandı, boş iletim bandından nispeten geniş bir enerji aralığı ile (> 2 ev) ayrılmıştır. (d) yarı iletkenlerde bulunan elektron bant yapıları, nispeten dar olan bant aralığı (<2 ev) dışında yalıtkanlarınki ile aynıdır.

8 Metallerde Bant ve atomik bağ modeline göre iletkenlik (a) Bir metal için elektronun uyarılmasından (a) önceki (b) sonraki konumları

9 Yalıtkan ve yarıiletkenler için bant ve atomik bağ modeline göre iletkenlik (a) Yalıtkan ve yarıiletkenler için elektron konumları. Valans bandından iletim bandına bir elektron uyarılması öncesi (a) ve sonrasında (b) bir serbest elektron ve bir boşluk oluşumu.

10 Metallerin elektriksel öz direnci Yaygın olarak bilinen bazı metal ve alaşımlarının oda sıcaklığındaki elektrik iletkenlik değerleri

11 Bir tanesi plastik şekil değiştirmiş üç adet Cu-Ni alaşımı ve saf Cu için, elektrik öz direncin sıcaklıkla değişimi. Sıcaklık, empürite miktarı ve deformasyonun etkisi -100 o C de gösterilmiştir.

12 Cu-Ni alaşımları için oda sıcaklığındaki elektrik özdirencin bileşime bağlı olarak değişimi.

13 Has yarı-iletkenlik (intrinsic semiconduction) Oda sıcaklığında yarı iletken malzemeler için yasak bant enerjileri, elektron ve boşluk hareketliliği ve has elektrik iletkenlikleri

14 Has yarı iletken olan silisyumda elektrik iletkenliğine ait elektron bağlanma modeli (a) uyarılma öncesi (b) ve (c) uyarılma sonrası (uygulanan elektrik alan sonrasındaki serbest elektron ve boşluk hareketi).

15 Katkılı yarı iletkenlik (extrinsic semiconduction) Katkılı n-tipi yarı iletken modeli (elektronun bağlanması) (a) Bir empürite atomu, örneğin 5 değerlikli fosforun, bir Si atomunun yerini alması. Sağlanan ilave elektronun bu empürite atomuna ve onun orbitaline bağlanması (b) serbest elektron oluşturmak için İlave elektronun uyarılması.

16 (c) Uygulanan bir elektrik alanı etkisiyle serbest elektronun hareket etmesi.

17 (a) Yasak bant aralığında, iletim bandının hemen altında yerleşen bir donor empürite seviyesi için elektron enerji seviyesinin gösterimi. (b) Donor seviyesinden uyarılan bir elektronun, iletim bandına bir serbest elektron durumuna geçmesi.

18 Katkılı p-tipi yarı iletken modeli ( elektron bağlanması). (a) Empürite atomu olan 3 değerliğe sahip bir bor atomunun silisyum atomunun yerini alması. Bunun sonucu, silisyumun bir valans elektronunu kaybetmesi veya empürite atomuyla ilişkili bir boşluk oluşumu (b) elektrik alanı etkisinde boşluk hareketi.

19 (a) Valans bandının hemen üstünde yasak bant aralığında yerleşen bir alıcı ( acceptor) empürite enerji seviyesi için enerji bant şeması. (b) valans bandında, geride bir boşluk bırakarak alıcı seviyesine bir elektronun uyarılması.

20 Taşıyıcı konsantrasyonun sıcaklıkla değişimi Germanyum ve silisyum için, has yük taşıyıcı konsantrasyonun (logaritmik) sıcaklıkla değişimi.

21 Has yarı iletken Si (kesikli çizgi) ve m -3 donor empürite ile katkılanmış n-tipi Si için, elektron konsantrasyonu sıcaklık ilişkisi. Eğri üzerinde iyonlaşma, katkılı ve has sıcaklık rejimleri gösterilmiştir.

22 Yük taşıyıcının hareketliliğini etkileyen Katkı miktarının etkisi faktörler Silisyum için oda sıcaklığında elektron ve boşluk hareketliliğinin katkı konsantrasyonu ile değişimi ( her iki eksen logaritmik ölçektedir. )

23 Yük taşıyıcının hareketliliğini etkileyen faktörler Sıcaklığın etkisi Değişik oranlarda donor ve alıcı katkılandırılmış silisyum için (a) elektron hareketliliğinin sıcaklıkla değişimi.

24 Yük taşıyıcının hareketliliğini etkileyen Sıcaklığın etkisi faktörler Değişik oranlarda donor ve alıcı katkılandırılmış silisyum için (b) boşluk hareketliliğinin sıcaklıkla değişimi.