Yarı İletkenlerin Kullanım Alanları

atom belli enerji iletkenlik iter iyi malzeme trenler yada vs..

İletken Ve Yarı İletken Nedir ?

İletken ve Yarı İletken Nedir ?


Günümüzde Kullanım Alanları Nelerdir?


İletken
Bir maddenin iletkenliğini belirleyen en önemli faktör, atomlarının son yörüngesindeki elektron sayısıdır. Bu son yörüngeye “Valans Yörünge” üzerinde bulunan elektronlara da “Valans Elektron” denir. Valans elektronlar atom çekirdeğine zayıf olarak bağlıdır. Valans yörüngesindeki elektron sayısı 4 ‘den büyük olan maddeler yalıtkan 4 ‘den küçük olan maddeler de iletkendir. Örneğin bakır atomunun son yörüngesinde sadece bir elektron bulunmaktadır. Bu da bakırın iletken olduğunu belirler. Bakırın iki ucuna bir eletrik enerjisi uygulandığında bakırdaki valans elektronlar güç kaynağının pozitif kutbuna doğru hareket eder. Bakır elektrik iletiminde yaygın olarak kullanılmaktadır. Sebebi ise maliyetinin düşük olması ve iyi bir iletken olmasıdır. En iyi iletken altın, daha sonra gümüştür. Fakat bunların maaliyetinin yüksek olması nedeniyle elektrik iletiminde kullanılmamaktadır.

İletken kullanım alanları

Süperiletkenler, ısıları belli bir seviyeye düşürüldügünde elektrik akımına karşı dirençlerini tamamen kaybeden maddelerdir. Bu bize, elektrik akımının sıradan iletkenlerde dirençten doğan ve ısı olarak yayılan enerji kaybını (%3 ile %10 arasındadır) engelleme olanağı verir.
Süperiletkenlerin bir başka özelliği ise kusursuz diamanyetik olmaları.Yani süperiletkenler manyetik alanı tamamen iter. Böylece süperiletken mıknatıslar yardımıyla, örneğin bir treni raylara temas etmeden hareket ettirebilir ve sürtünmeyi azalttığımız için trenin çok daha hızlı gitmesini sağlarız. Bu tip süper hızlı trenler Japonya’da kullanılmakta.
Süper iletkenler nasıl çalışır ve ne tür ortamlarda çalışabilirler? Bir ****l yada herhangi bir malzeme nasıl süper iletkenlik kazanabilir? Teşekkürler. (Yaşar Akça)

Süper iletkenlik bir maddenin direncinin çok düşük ısılarda sıfıra düşmesi halidir. Teorik açıklaması oldukça derin olsa da basit bir açıklaması şöyledir: Çok düşük ısılarda elektronlar “Cooper Çiftleri” adı verilen ikililer oluştururlar iletkenin içerisinde atomlara çarpmadan ve sonuç olarak enerji kaybetmeden hareket edebilirler. Bu ısı değişik ****l ve seramikleri için farklıdır ve mutlak sıfır (-273 ºC) ile -196ºC arasında değişir. Bu ısıları sağlamak kolay olmadığı için süper iletkenliğin kullanımı oldukça sınırlıdır. Şu anda ancak sıvı azot gibi yardımcı soğutucular sayesinde süper iletkenlik sağlanabilmektedir.

Yarı İletken
Aşağıdaki şekilde gördüğünüz gibi yarı iletkenlerin valans yörüngelerinde 4 elektron bulunmaktadır. Bu yüzden yarı iletkenler iletkenlerle yalıtkanlar arasında yer almaktadır. Elektronik elemanlarda en yaygın olarak kullanılan yarı iletkenler Germanyum ve Silisyumdur. Tüm yarı iletkenler son yörüngelerindeki atom sayısını 8 ‘e çıkarma çabasındadırlar. Bu nedenle saf bir germenyum maddesinde komşu atomlar son yörüngelerindeki elektronları Kovalent bağ ile birleştirerek ortak kullanırlar. Aşağıdaki şekilde Kovalent bağı görebilirsiniz. Atomlar arasındaki bu kovalent bağ germanyuma kristallik özelliği kazandırır. Silisyum maddeside özellik olarak germanyumla hemen hemen aynıdır. Fakat yarı iletkenli elektronik devre elemanlarında daha çok silisyum kullanılır. Silisyum ve Germanyum devre elemanı üretiminde saf olarak kullanılmaz. Bu maddelere katkı katılarak Pozitif ve Negatif maddeler elde edilir. Pozitif (+) maddelere “P tipi”, Negatif (-) maddelerede “N tipi” maddeler denir.

Üretici şirketlerin yaygın olarak kullandıgı bazı yarı iletken maddeler ve kullanı m alanları

-Azot (N): N tipi yarı iletken oluþturmada.
-Antimuan (Sb): N tipi yarı iletken oluþturmada.
-Arsenik (Ar): N tipi yarý iletken oluþturmada.
-Fosfor (P): N tipi yarı iletken oluþturmada.
-Germanyum (Ge): Diyot, transistör, entegre vb.
yapýmýnda.
-Silisyum (Si): Diyot, taransistör, entegre vb.
yapımında.
-Bor (B): P tipi yarı iletken oluþturmada.
-Galyum: P tipi yarı iletken oluþturmada.
-ındiyum (In): P tipi yarı iletken oluþturmada.
-Selenyum (Se): Diyot yapımýnda.
-Bakıroksit (Cu2O): Diyot yapımýnda.
-Galyum arsenik (GaAs): Tunel diyot, laser diyot,
foto diyot, led yapımında.
-ndium fosfor (InP): Diyot, transistör yapımında.
-Kursun sülfür (PbS): Günes pili (fotosel, solar
cell) yapımında.

Ambipolar Yarı İletkenler

Ambipolar Yarı İletkenler
Ambipolar Nedir – Ambipolar Konu Anlatım – Yarı İletkenler

Yarı iletkenler, elektrik iletiminde yük taşıyıcıların cinsine göre sınıflandırılırlar. Yarı iletkenler ya elektron iletimi ile ya da boşluk iletimi ile iletkenliklerini sağlarlar. Eğer bir yarı iletkenin homosu ile lumosu arasında bir enerji seviyesine sahip olan ve enerji açısından homoya daha yakın olan boş bir orbital sağlanırsa, bu durumda bu dışarıdan madde ilavesi ile sağlanmış boş orbitale yarı iletkenin homo seyiseyinden elektron geçişi olacak ve de yarı iletkende oluşan bu boşluk (elektron eksikliği) elektrik akımının iletilmesine vesile olacak.

Eğer homo ile lumo arasına sağlanan orbital enerji bakımından lumoya daha yakın ve dolu bir orbital ise bu durumda da dolu olan orbitalden lumo seviyesine elektron geçişi olacak ve yarı iletken üzerindeki elektron fazlası, elektrik akımı iletiminde yük taşıyıcı parçacık görevini üstlenecek.

Eğer bir yarı iletken hem n-tipi hem de p-tipi (yukarıda anlatılanların ilki p-tipi ikincisi n- tipi) iletkenliğe sahip olabiliyorsa bu tip yarı iletkenlere ambipolar denir.

Bu değişik davranış, homo lumo arasına elektron sağlamak için konulan maddenin cinsine ya da transistörlerde gate voltaj’ın pozitif ya da negatif olmasına göre belirlenir. Ama tabi ki her yarı iletken bu özelliğe sahip değildir.

Süper İletken

Süper İletken
Süperiletkenler – Üstüniletkenler – Süper İletken Nedir

Süperiletkenler(Üstüniletkenler) , bazı element ve alaşımları belirli bir sıcaklık(Kritik sıcaklık:Tc) altına soğutulduklarında akımı direçle karşılaşmadan geçirerek elektriksel iletkenlikleri sonsuz olurken, başka bir özellik olarak da içlerindeki manyetik akıyı mükemmel bir diamanyetiklik özelliği göstererek dışarı itmeleridir. Bu diamanyetik özellik göstermeleri Meissner Etkisi olarak tanımlanır.

Tarihi Gelişme Süreci Hollandalı fizikçi Heike Kamerlingh Onnes 1908 yılında Helyum’u sıvı hale dönüştürmeyi başardı. Bu başarı 4,2 K’e kadar olan düşük sıcaklıklarda fiziksel özelliklerin araştırılmasını mümkün hale getirdi. Metallerin elektriksel dirençlerinin bu düşük sıcaklık bölgelerindeki değişimi yine ilk defa Onnes tarafından incelendi. Sıvı Helyum’un keşfinden 3 yıl sonra Heike Kamerlingh Onnes, civa metalinde DC elektriksel direncin kritik sıcaklık(Tc) diye adlandırdığı sıcaklık ve altındaki sıcaklıklarda ölçülemeyecek kadar küçük bir değere düştüğünü gözlemledi. Ancak ölçülemeyecek kadar düşük değere düşmüyordu. Daha sonra yapılan ölçümlerle sıfır olduğu anlaşılmıştır. Bu heyecan verici gözlem süperiletkenliğin keşfi olarak bilinmektedir. Bu çalışmadan dolayı Kamerling Onnes 1913 yılında Nobel Fizik ödülünü kazandı. Daha sonraki yıllarda yapılan çalışmalarda başka elementlerin ve bileşiklerinde (1913 yılında kursunun (Pb) 7,2 K’de (Onnes, 1911), 1930 yılında Niyobyum’un 9,2 K’de (Chapnik, 1930) süperiletken olduğu anlaşıldı. Süperiletkenliğin H. K. Onnes tarafından 1911 yılında kesfinden 1933 yılına kadar süperiletkenin bir ideal iletken olduğu yani sadece sıfır dirence sahip olduğu düsünülüyordu. Kusursuz diyamanyetizma özelliği keşiften yaklaşık 22 yıl sonra W. Meissner ve R. Ochsenfeld tarafından gözlendi. Diyamanyetiklik, manyetik ters yönelmesi olarak ifade edilebilir. Manyetik alan yayılım frekansına göre moleküler çapta ters yönlenme eğilimi gösterirler. Bir mıknatısa yaklaştırıldığında kuzey kutbu gören maddenin yakın tarafı kuzey kutbu olarak yönelecektir. Su, bu yapıya sahip maddelerden biridir. Diyamanyetizma özelliği, keşfedilen süperiletkenler için ortak bir özellik oluşturmaktadır. Bu özellik Meissner Etkisi olarak bilinmekte olup, kritik sıcaklığın altındaki süperiletken bir malzemeye yüksek olmayan bir alan uygulandığında malzemenin bu manyetik alanı dışarlaması prensibidir .

1.1.Meissner Etkisi W. Meissner ve R. Ochsenfeld tarafından 1933 yılında gözlemlenen bu etkide, manyetik alan içindeki bir süperiletken kritik geçiş sıcaklığına(Tc) kadar soğutulduğunda manyetik alan çizgileri süperiletkenin dışına itilir. Manyetik alanın bu şekilde dışarlanması Meissner etkisi olarak bilinir ve bu etki, bir süperiletkenin içinde B=0 olacak şekilde davrandığını gösterir. Manyetik alanın dışlanması, perdeleme akımları (shielding currents) olarak bilinen ve uygulanan manyetik alana eşit ve zıt yönde alan oluşturacak yönde süperiletken yüzeyinde akan elektrik akımından dolayı meydana gelir. Meissner etkisinin en iyi gösterimi levitasyon durumundaki kalıcı mıknatıs deneyidir.

1.1.a. Kalıcı Mıknatıs Deneyi Kritik sıcaklığın altına kadar soğutulmuş bir süperiletken maddeye üstten küçük, hafif fakat oldukça kuvvetli bir mıknatıs yaklaştırıldığında, mıknatısın süperiletken madde üzerinde kaldığı gözlenir.Mıknatıs süperiletkene yaklaştırıldığı zaman süperiletken madde üzerinde bir süperiletken akım meydana getirecektir. Manyetik alanın etkisiyle oluşan bu süperiletken akım dışarıdan uygulanan alana eşit fakat zıt yönde bir manyetik alan oluşturur.Süperiletken madde içerisinde oluşan bu manyetik alan da dışarıdan uygulanan manyetik alanın süperiletken madde içerisine girmesini engelleyecektir. Bu engelleme sonucu da süperiletken mıknatıs üzerinde havada kalacaktır.Bu olay madde süperiletken fazında kaldığı sürece devam edecektir. BSC TEORİSİ:Süperiletkenligi anlamaya yönelik genis çapta kabul edilmis ilk teori 1957 yilinda John Bardeen, Leon Cooper ve John Schrieffer adindaki Amerikali fizikçilerden geldi ve onlara 1972′de Nobel ödülünü kazandirdi. BCS teorisine göre elektronlar kristal bir örgünün içinden geçerken, örgü içeri dogru bükülme gösterir ve fonon denen ses paketleri olusturur. Bu fononlar deforme olmus alanda pozitif bir yük yatagi yaratarak arkadan gelen elektronlarin ayni bölgeden geçmesine olanak saglarlar. Buna göre kritik sıcaklığın altında iki elektron fonon aracılığı ile etkileşerek birbirine bağlanırlar. Bu çift COOPER ÇİFTİ olarak adlandırılır.

Süperiletkenliğin teknolojik uygulaması
Manyetik Güç Depolama
Maglev Trenleri
Maglev Rüzgar Türbinleri
SQUIDs
Süperiletken Bolometreler
Süperiletken Kablolar

Sponsorlu Bağlantılar
Aramalar: yarıiletken tarihi n ve p tipi iletken resimli anlatım yarı iletkenlerin kullanım alanları yarı iletkenlerin teknolojide kullanımı ve önemi

Bir Cevap Yazın

E-posta hesabınız yayınlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir