Malzemelerin elektriksel özellikleri

Malzemelerin elektriksel
özellikleri
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.
Elektriksel öz direnci ölçmede kullanılan düzeneğin şematik gösterimi.
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.
(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.
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.
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.
Metallerde Bant ve atomik bağ
modeline göre iletkenlik
(a) Bir metal için elektronun uyarılmasından (a) önceki (b) sonraki konumları
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.
Metallerin elektriksel öz direnci
Yaygın olarak bilinen bazı metal ve alaşımlarının oda sıcaklığındaki elektrik
iletkenlik değerleri
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 oC ‘de
gösterilmiştir.
Cu-Ni alaşımları için oda sıcaklığındaki elektrik özdirencin bileşime bağlı
olarak değişimi.
Has yarı-iletkenlik (intrinsic
semiconduction)
Oda sıcaklığında yarı iletken malzemeler için yasak bant enerjileri, elektron ve boşluk
hareketliliği ve has elektrik iletkenlikleri
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).
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.
(c) Uygulanan bir elektrik alanı etkisiyle serbest elektronun hareket etmesi.
(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.
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.
(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.
Taşıyıcı konsantrasyonun sıcaklıkla
değişimi
Germanyum ve silisyum için, has yük
taşıyıcı konsantrasyonun (logaritmik)
sıcaklıkla değişimi.
Has yarı iletken Si
(kesikli çizgi) ve 10-12
m-3 donor empürite
ile katkılanmış n-tipi
Si için, elektron
konsantrasyonu –
sıcaklık ilişkisi. Eğri
üzerinde iyonlaşma,
katkılı ve has sıcaklık
rejimleri
gösterilmiştir.
Yük taşıyıcının hareketliliğini etkileyen
faktörler
Katkı miktarının etkisi
Silisyum için oda
sıcaklığında elektron ve
boşluk hareketliliğinin
katkı konsantrasyonu ile
değişimi ( her iki eksen
logaritmik ölçektedir. )
Yük taşıyıcının hareketliliğini etkileyen
faktörler
Sıcaklığın etkisi
Değişik oranlarda donor
ve alıcı katkılandırılmış
silisyum için (a) elektron
hareketliliğinin sıcaklıkla
değişimi.
Yük taşıyıcının hareketliliğini etkileyen
faktörler
Sıcaklığın etkisi
Değişik oranlarda donor ve
alıcı katkılandırılmış silisyum
için (b) boşluk hareketliliğinin
sıcaklıkla değişimi.