Examkin

Soru

Zorluk: Çok zorYarı İletken Teknolojisi

Aşağıda yarı iletken teknolojisinde karşılaşılan bazı fiziksel durumlar ve devre elemanları ile bunlara ait çalışma mekanizmaları ve yük taşıyıcı davranışları verilmiştir.

Buna göre, sol sütunda verilen durumları sağ sütundaki en uygun açıklama veya davranışla eşleştiriniz.

  • Doğru kutuplanmış (ileri beslemeli) bir PP-NN eklemi (diyot)Dış gerilim kaynağı eklemdeki iç elektrik alana zıt yönde bir alan oluşturarak arındırılmış (tükenim) bölgeyi daraltır; çoğunluk taşıyıcılar difüzyon yoluyla eklemi geçerek akım oluşturur.
  • Ters kutuplanmış (ters beslemeli) bir fotodiyotDış gerilim kaynağı eklemdeki iç elektrik alanla aynı yönlü bir alan oluşturarak tükenim bölgesini genişletir; eklemde soğurulan fotonların ürettiği azınlık taşıyıcıların sürüklenmesiyle ters yönlü sızıntı akımı kontrol edilir.
  • Üzerine ışık düşen ve dış devreye bağlı aktif bir güneş piliHerhangi bir dış gerilim kaynağı (kutuplama) olmaksızın, eklem bölgesinde soğurulan fotonların oluşturduğu elektron-boşluk çiftleri iç elektrik alan etkisiyle ayrılır ve uçlar arasında potansiyel fark meydana gelir.
  • Valans elektron sayısı 5 olan fosfor atomlarıyla katkılanmış izole bir silikon kristali (NN-tipi yarı iletken)Çoğunluk yük taşıyıcıları serbest elektronlar olmasına ve kristal içinde artı yüklü fosfor iyonları bulunmasına rağmen, toplam proton ve elektron sayısı eşit olduğundan net elektriksel yükü sıfırdır.

Cevap

Doğru kutuplanmış PP-NN eklemi, tükenim bölgesinin daralması ve çoğunluk taşıyıcıların difüzyonu ile; ters kutuplanmış fotodiyot, tükenim bölgesinin genişlemesi ve ışık etkisiyle azınlık taşıyıcıların sürüklenmesi ile; güneş pili, harici kutuplama olmadan ışıkla potansiyel fark üretimi ile; katkılanmış izole NN-tipi yarı iletken kristali ise net elektriksel yükünün sıfır olmasıyla eşleşir.
Doğru kutuplanmış diyot, dış elektrik alanın iç elektrik alanla zıt yönde kurulup tükenim bölgesini daraltması ve çoğunluk taşıyıcılarının difüzyonuyla akım oluşturmasıyla; ters kutuplanmış fotodiyot, dış alanın iç alanla aynı yönde kurulup tükenim bölgesini genişletmesi ve ışıkla üretilen azınlık taşıyıcıların sürüklenmesiyle akım kontrolü yapmasıyla; güneş pili, harici besleme olmadan ışıkla üretilen yükleri iç elektrik alanla ayırıp potansiyel fark oluşturmasıyla; izole NN-tipi yarı iletken kristali ise katkılama sonrası net elektriksel yükünün sıfır (nötr) kalmasıyla eşleşmektedir.

Adım Adım Çözüm

1
PP-NN ekleminin doğru kutuplama altındaki davranışını analiz etmek.
Doğru kutuplamada dış potansiyel fark, eklem bölgesindeki iç elektrik alana zıt yönde bir alan oluşturarak potansiyel engeli düşürür ve tükenim bölgesini daraltır. Bu durum, çoğunluk taşıyıcıların (P bölgesindeki boşluklar ve N bölgesindeki serbest elektronlar) eklemi geçerek difüzyon akımı oluşturmasını sağlar. Bu süreç doğrudan birinci açıklama ile eşleşir.
Yarı iletken diyotların doğru kutuplama modundaki yük taşıyıcı hareket mekanizmasını belirlemek.
2
Fotodiyotların ters kutuplama altındaki davranışını ve ışık algılama prensibini analiz etmek.
Ters kutuplamada dış alan iç alanla aynı yönde olup tükenim bölgesini genişletir ve potansiyel engeli yükseltir. Çoğunluk taşıyıcı akımı sıfıra yakınsar. Ancak ekleme ışık düştüğünde, soğurulan fotonlar tükenim bölgesinde elektron-boşluk çiftleri oluşturur. Bu azınlık taşıyıcılar iç alanla sürüklenerek ters yönlü bir akım (sızıntı akımı) oluşturur ve ışık şiddetine bağlı olarak bu akım kontrol edilir. Bu süreç ikinci açıklama ile eşleşir.
Ters kutuplama modunun fotodiyotlardaki ışık duyarlılığı üzerindeki etkisini kavramak.
3
Güneş pilinin harici kutuplama olmaksızın çalışma prensibini analiz etmek.
Güneş pilleri harici bir güç kaynağına bağlı değildir. Güneş ışığı eklem bölgesine düştüğünde elektron-boşluk çiftleri üretilir. Eklemdeki iç elektrik alan (yapısal potansiyel farkından kaynaklanan alan), bu elektron ve boşlukları zıt yönlere sürükleyerek pillerin uçlarında bir elektromotor kuvveti (gerilim) oluşturur. Bu süreç üçüncü açıklama ile eşleşir.
Fotovoltaik dönüşümün harici bir gerilim kaynağı gerektirmediğini göstermek.
4
NN-tipi yarı iletken kristalinin net yük durumunu analiz etmek.
Silikon kristaline valans elektron sayısı 5 olan fosfor atomları eklendiğinde, fosfor atomunun 4 elektronu silikon ile kovalent bağ yapar ve 1 elektron serbest kalır. Serbest kalan elektron kristale eksi yük kazandırmış gibi görünse de, fosfor çekirdeğindeki proton sayısı da silikondan fazla olduğundan kristal yapıda toplam proton ve elektron sayıları eşittir. Kristal nötrdür ve net yükü sıfırdır. Bu durum dördüncü açıklama ile eşleşir.
Yarı iletkenlerin katkılanma sonrasında nötr kaldığına dair kavram yanılgısını gidermek.

Anahtar Kavram

Yarı iletken malzemelerin (NN ve PP tipi) katkılama kimyası, PP-NN eklem fiziği ve fotovoltaik/optoelektronik devre elemanlarının kutuplama mekanizmaları.
Bu soruyu puanla

Konular

Yarı İletken Teknolojisi

Bu konudan daha fazla soru