12. Sınıf Fizik · Modern Fiziğin Teknolojideki Uygulamaları
Yarı İletken Teknolojisi
- yarı iletken
- p tipi
- n tipi
- diyot
- transistör
- entegre devre
- led
- güneş pili
Yarı iletkenler nedir ve diyot, LED gibi cihazlarda nasıl kullanılır?
Yarı iletkenler, elektriği iletme bakımından iletkenlerle yalıtkanlar arasında kalan ve iletkenliği ısı, ışık, gerilim ya da katkılamayla ayarlanabilen maddelerdir. En çok kullanılan yarı iletken silisyumdur ve ham maddesi kumdaki silisyum dioksittir. Silisyuma bor gibi 3 değerlikli bir element eklenince oyuk fazlası olan P tipi, arsenik ya da fosfor gibi 5 değerlikli bir element eklenince elektron fazlası olan N tipi yarı iletken elde edilir. P ve N tipinin birleşmesiyle yapılan diyot akımı tek yönde geçirir ve alternatif akımı doğru akıma çeviren doğrultucularda kullanılır. Transistör kolektör, beyz ve emitör uçlu üç katmandan oluşur; yükseltici ve anahtar görevi görür. LED az enerji harcayan ışık yayan diyottur, güneş pili ise P-N birleşimine düşen fotonlarla ışık enerjisini doğrudan elektrik enerjisine dönüştürür. Katkılı yarı iletkenin bütünü yine elektrikçe nötrdür.
Yarı İletken Teknolojisi: konu anlatımı ve özeti
Yarı iletkenler, elektriği iletme bakımından iletkenlerle yalıtkanlar arasında kalan ve iletkenliği dış etkilerle ya da katkılamayla ayarlanabilen maddelerdir. Diyot, transistör, LED, güneş pili ve çiplerin tamamı bu maddelere dayanır.
- Saf hâlde iletkenlikleri düşüktür; ısı, ışık ya da gerilim etkisiyle dış elektronlar serbestleşir ve iletkenlik artar. En çok kullanılan yarı iletken silisyumdur; ham maddesi kumdaki silisyum dioksittir.
- Katkılama: Silisyuma bor gibi 3 değerlikli element eklenirse elektron boşluğu (oyuk) oluşur ve P tipi yarı iletken elde edilir. Arsenik ya da fosfor gibi 5 değerlikli element eklenirse serbest elektron fazlası olur ve N tipi yarı iletken elde edilir.
- Diyot, P ve N tipinin birleştirilmesiyle yapılır. Üretecin + ucu P'ye, − ucu N'ye bağlanırsa (doğru polarma) akım geçer; ters bağlanırsa geçmez. Akımı tek yönde geçirdiği için alternatif akımı doğru akıma çeviren doğrultucularda kullanılır.
- Transistör NPN ya da PNP dizilimli üç katmandan oluşur; uçları kolektör, beyz ve emitördür. Çoğunlukla sinyal yükseltici ve anahtar olarak kullanılır.
- Entegre devre (çip), çok sayıda transistör, direnç ve sığacın tek bir silisyum parçası üzerinde birleştirilmesidir; bilgisayarlardan otomobillere kadar her cihazın kalbidir.
- LED, ışık yayan diyottur: az enerji harcar, ısınmaz, uzun ömürlüdür, anında tam parlaklığa ulaşır.
- Güneş pili (fotovoltaik pil), P-N birleşimine düşen fotonların elektronları serbest bırakmasıyla ışık enerjisini doğrudan elektrik enerjisine (doğru akım) dönüştürür.
Unutma: P tipindeki çoğunluk yük taşıyıcısı oyuklar, N tipindeki ise elektronlardır; katkılı yarı iletkenin bütünü yine elektrikçe nötrdür.
Bu özet yapay zekâ ile kitabın ilgili sayfalarından hazırlandı; hata içerebilir. Asıl kaynak MEB ders kitabıdır. İçerikler nasıl hazırlanıyor? · Son güncelleme:
Önce temeli pekiştir
Diyot sorularında akımın geçip geçmediğini anlamak için kutupları takip et.
- Diyotun P ve N uçlarını belirle (LED'de uzun bacak genellikle P, yani artı uçtur).
- Üretecin + ucu P'ye, − ucu N'ye bağlıysa doğru polarmadır: Akım geçer.
- Bağlantı tersse akım geçmez; LED yanmaz.
Günlük hayattan: Telefon şarj aletinin içinde, prizden gelen alternatif akımı telefonun kullanabileceği doğru akıma çeviren diyotlar vardır. Hesap makinesinin üzerindeki küçük güneş pili de bir P-N birleşimidir ve ışık düştükçe akım üretir.
Sık yapılan hata: "LED'i ters takarsan yine yanar, yalnızca daha sönük ışık verir." Doğrusu: Ters bağlanan diyot akımı geçirmez, LED hiç yanmaz. Akım ancak doğru polarmada geçer.
Derinleş
Bir akıllı telefonun içinde yaklaşık kaç milyar transistör bulunduğunu araştır ve 1970'lerdeki ilk mikroişlemcilerle karşılaştır. Transistör sayısının bu kadar artmasını mümkün kılan gelişmeleri incele. Ardından tartış: Çip üretiminin birkaç ülkede toplanması dünya ekonomisini nasıl etkiler ve bir ülkenin kendi yarı iletken üretim kapasitesini geliştirmesi neden önemli olabilir?
Öğrenme çıktıları
Bu konunun soruları MEB öğretim programındaki şu öğrenme çıktılarını ölçer.
FİZ.12.4.4Yarı iletkenlerin kullanım alanlarını ve önemini sorgulayabilme
- a) Yarı iletkenleri tanımlar.
- c) Yarı iletkenler hakkında bilgi toplar.
- ç) Yarı iletkenlerle ilgili toplanan bilgilerin doğru olup olmadığını değerlendirir.
Bu konuda neler var?
- Yarı İletken Maddeler
- Yarı İletkenlerin Teknolojideki Önemi
- LED Teknolojisi
- Güneş Pilinin Çalışma Prensibi
Sorular
Soru bankasından bu konunun soruları, kolaydan zora.
Kolay
1Bir köy okulunun çatısına kurulan güneş panelleri, gündüzleri okulun elektrik ihtiyacını karşılıyor. Panellerde, P-N birleşimine düşen fotonların elektronları harekete geçirmesiyle bir gerilim oluşuyor. Güneş pilleri hangi enerji dönüşümünü yapar?
- A) Işık enerjisini elektrik enerjisine
- B) Isı enerjisini ışık enerjisine
- C) Elektrik enerjisini ışık enerjisine
- D) Kimyasal enerjiyi elektrik enerjisine
- E) Isı enerjisini elektrik enerjisine
Cevabı göster
Doğru cevap: A) Işık enerjisini elektrik enerjisine
Güneş pili, fotonların serbest bıraktığı elektronlarla ışık enerjisini doğrudan elektrik enerjisine dönüştürür. Elektrik enerjisini ışığa çevirmek LED'in işidir; iki eleman da P-N birleşimi içerdiği için dönüşüm yönleri karıştırılır.
Kolay
2Belediye, eski sokak lambalarını az enerji harcayan, uzun ömürlü ve açıldığı anda tam parlaklığa ulaşan lambalarla değiştiriyor. Yeni lambalarda, P-N birleşiminde elektron ve oyukların birleşmesiyle ışık üreten bir devre elemanı kullanılıyor. Sözü edilen devre elemanı aşağıdakilerden hangisidir?
- A) Işık yayan diyot (LED)
- B) Işığa duyarlı direnç (LDR)
- C) Fotodiyot
- D) Transistör
- E) Güneş pili
Cevabı göster
Doğru cevap: A) Işık yayan diyot (LED)
LED, doğru polarmada P-N birleşiminde elektronların oyuklarla birleşirken enerjilerini ışık olarak yaydığı diyottur. Fotodiyot da bir P-N birleşimidir ama tersini yapar: ışığı algılayıp elektrik sinyaline çevirir.
Kolay
3Bir çip fabrikasının tanıtım filminde, ham maddenin kumdan elde edildiği, saflaştırılan elementin büyük kristaller hâlinde büyütülüp ince dilimlere kesildiği gösteriliyor. Filmi izleyen Arda, kumda bol bulunan bu elementin elektronik sanayisinin temel yarı iletkeni olduğunu öğreniyor. Filmde sözü edilen yarı iletken element hangisidir?
- A) Bakır
- B) Alüminyum
- C) Karbon
- D) Demir
- E) Silisyum
Cevabı göster
Doğru cevap: E) Silisyum
Elektronikte en çok kullanılan yarı iletken silisyumdur; ham maddesi kumdaki silisyum dioksittir. Bakır ve alüminyum iyi iletkenlerdir, yarı iletken değildir; devrelerde bağlantı teli olarak kullanıldıkları için çiplerle ilişkilendirilir.
Kolay
4Elektronikle uğraşan Selin, oyuncak bir arabanın pili ters takıldığında devrenin zarar görmemesi için devreye bir diyot ekliyor. Pil doğru takıldığında araba çalışıyor, ters takıldığında devreden hiç akım geçmiyor. Selin'in yararlandığı, diyotun temel özelliği hangisidir?
- A) Akımı her iki yönde eşit geçirmesi
- B) Elektrik yükünü uzun süre depolaması
- C) Akımı yalnızca tek yönde geçirmesi
- D) Akımı yükselterek motoru hızlandırması
- E) Işık enerjisini elektriğe dönüştürmesi
Cevabı göster
Doğru cevap: C) Akımı yalnızca tek yönde geçirmesi
Diyot doğru polarmada akım geçirir, ters polarmada geçirmez; bu yüzden pil ters takıldığında devreyi korur. Akımı yükseltme transistörün görevidir; ikisi de yarı iletken devre elemanı olduğu için karıştırılır.
Kolay
5P tipi yarı iletkenlerde katkı atomu çevresindeki bağlarda bir elektron eksik kalır ve bu eksiklik bir yük taşıyıcı gibi davranır. Bu elektron boşluğuna ne ad verilir?
- A) Foton
- B) Nötron
- C) Oyuk
- D) Proton
- E) İyon
Cevabı göster
Doğru cevap: C) Oyuk
P tipi yarı iletkendeki elektron boşluğuna oyuk denir; oyuklar pozitif yük taşıyıcısı gibi hareket eder. Proton çekirdekte bulunan bir parçacıktır, kristaldeki boşluk değildir.
Kolay
6Elektronik dersinde bir transistör inceleniyor. Transistörün üç ucu bulunur ve bu uçların her birinin bir adı vardır. Transistörün uçlarının adları hangi seçenekte doğru verilmiştir?
- A) Anot, katot, ızgara
- B) Kolektör, beyz, emitör
- C) Kuzey, güney, nötr
- D) Faz, nötr, toprak
- E) Artı, eksi, sıfır
Cevabı göster
Doğru cevap: B) Kolektör, beyz, emitör
Transistörün uçları kolektör, beyz ve emitördür. Faz, nötr ve toprak ise ev elektrik tesisatındaki kabloların adlarıdır.
Kolay
7Bir yarı iletken laboratuvarında saf silisyuma 3 değerlikli galyum atomları katılarak katkılama yapılıyor. Galyum atomları kristalde elektron boşlukları oluşturuyor. Elde edilen yarı iletken hangi tiptir?
- A) N tipi
- B) Saf yarı iletken
- C) P tipi
- D) Süper iletken
- E) Yalıtkan
Cevabı göster
Doğru cevap: C) P tipi
3 değerlikli bir element silisyuma katıldığında elektron boşluğu (oyuk) oluşur ve P tipi yarı iletken elde edilir. N tipi için arsenik ya da fosfor gibi 5 değerlikli bir element gerekir.
Kolay
8Bir öğrenci, saf silisyumdan yapılmış bir parçayı devreye bağlıyor ve önce karanlıkta, sonra üzerine güçlü bir ışık tutarak ölçüm yapıyor. Işık tutulduğunda parçanın elektriksel iletkenliği nasıl değişir?
- A) Azalır.
- B) Değişmez.
- C) Artar.
- D) Sıfır olur.
- E) Önce artar, sonra sıfır olur.
Cevabı göster
Doğru cevap: C) Artar.
Yarı iletkenlerde ışık gibi bir dış etki dış elektronları serbestleştirir ve iletkenlik artar. Bu özellik ışık sensörlerinde ve güneş pillerinde kullanılır.
Kolay
9Bir kamp alanındaki güneş pili, gün ışığında bir şarj cihazını besliyor. Güneş pilinin ürettiği elektrik akımının türü hangisidir?
- A) Doğru akım
- B) Alternatif akım
- C) Yalnız statik elektrik
- D) Manyetik akım
- E) Isı akımı
Cevabı göster
Doğru cevap: A) Doğru akım
Güneş pili ışık enerjisini doğrudan doğru akım şeklinde elektrik enerjisine dönüştürür. Alternatif akım, şebeke elektriğinde kullanılan ve yönü sürekli değişen akımdır.
Kolay
10Bir fen kitabında maddeler elektriği iletme özelliklerine göre üç gruba ayrılıyor. Elektriksel iletkenlik bakımından iletkenler ile yalıtkanlar arasında yer alan ve iletkenliği dış etkilerle ayarlanabilen maddelere ne ad verilir?
- A) Süper iletken
- B) Yalıtkan
- C) Mıknatıs
- D) Elektrolit
- E) Yarı iletken
Cevabı göster
Doğru cevap: E) Yarı iletken
İletkenliği iletkenlerle yalıtkanlar arasında kalan ve dış etkilerle ya da katkılamayla ayarlanabilen maddeler yarı iletkendir. Süper iletkenler ise belirli koşullarda direnci sıfır olan maddelerdir.
Kolay
11Saf silisyuma fosfor katılarak N tipi bir yarı iletken üretiliyor. Bir öğrenci, "Bu kristalde fazladan elektron olduğu için kristal negatif yüklüdür." diyor. Katkılı yarı iletkenin bütününün elektrik yükü için hangisi doğrudur?
- A) Negatif yüklüdür.
- B) Pozitif yüklüdür.
- C) Yükü sürekli değişir.
- D) Nötrdür.
- E) Yükü ışığa göre değişir.
Cevabı göster
Doğru cevap: D) Nötrdür.
Katkı atomları da nötr atomlardır; fazladan elektron, çekirdeğinde fazladan proton bulunan katkı atomundan gelir. Bu yüzden katkılı yarı iletkenin bütünü elektrikçe nötrdür.
Kolay
12Akımı yalnızca bir yönde geçiren diyot, iki farklı tipteki yarı iletkenin bir araya getirilmesiyle yapılır. Diyot nasıl elde edilir?
- A) İki P tipi yarı iletkenin birleştirilmesiyle
- B) İki N tipi yarı iletkenin birleştirilmesiyle
- C) Saf silisyumun ısıtılmasıyla
- D) Bakır telin silisyumla sarılmasıyla
- E) P tipi ile N tipi yarı iletkenin birleştirilmesiyle
Cevabı göster
Doğru cevap: E) P tipi ile N tipi yarı iletkenin birleştirilmesiyle
Diyot, P tipi ve N tipi yarı iletkenin birleştirilmesiyle yapılır. Aynı tip iki yarı iletkenin birleşmesi akımı tek yönde geçiren bir yapı oluşturmaz.
Kolay
13Kitaba göre yarı iletkenler normal hâlde bir özellik gösterir ve ancak ısı, ışık ya da gerilim gibi bir dış etki altında iletkenlik kazanır. Saf bir yarı iletkenin normal hâldeki iletkenliği için hangisi doğrudur?
- A) Çok yüksektir; metallerden iyi iletir.
- B) Düşüktür; yalıtkana yakın davranır.
- C) Direnci sıfırdır.
- D) Yalnız alternatif akımı iletir.
- E) Yalnız ışığı iletir.
Cevabı göster
Doğru cevap: B) Düşüktür; yalıtkana yakın davranır.
Saf yarı iletkenler normal hâlde düşük iletkenliklidir ve yalıtkana yakın davranır; dış etkiyle elektronlar serbestleşince iletkenlik artar. Direncin sıfır olması süper iletkenlerin özelliğidir.
Kolay
14Transistörler NPN ya da PNP dizilimli olarak üretilir. Bu dizilimlere göre bir transistör kaç yarı iletken katmandan oluşur?
- A) Üç
- B) İki
- C) Bir
- D) Dört
- E) Altı
Cevabı göster
Doğru cevap: A) Üç
NPN ve PNP dizilimlerinde üç katman bulunur. İki katmanlı P-N yapısı diyotu oluşturur.
Kolay
15Bir LED lambanın ambalajında, LED kısaltmasının açılımının Türkçe karşılığı yazıyor. LED aşağıdakilerden hangisidir?
- A) Işık algılayan direnç
- B) Isı üreten transistör
- C) Elektrik depolayan sığaç
- D) Işık yayan diyot
- E) Akım ölçen ampermetre
Cevabı göster
Doğru cevap: D) Işık yayan diyot
LED ışık yayan diyottur; P-N birleşiminden akım geçtiğinde ışık yayar. Elektrik depolayan eleman sığaçtır, LED bu işi yapmaz.
Kolay
16Akıllı telefonların, bilgisayarların ve otomobillerin elektronik sistemlerinin kalbi olan bir eleman, çok sayıda transistör, direnç ve sığacın tek bir silisyum parçası üzerinde birleştirilmesiyle üretilir. Bu elemanın adı nedir?
- A) Entegre devre (çip)
- B) Güneş pili
- C) Ampul
- D) Sigorta
- E) Transformatör
Cevabı göster
Doğru cevap: A) Entegre devre (çip)
Çok sayıda transistör, direnç ve sığacın tek bir silisyum parçasında birleştirilmesiyle entegre devre (çip) elde edilir. Güneş pili ise ışığı elektriğe çeviren bir P-N birleşimidir.
Kolay
17Bir gece lambasının sensöründe saf bir yarı iletken parça kullanılıyor. Gündüz, üzerine düşen ışığın etkisiyle parçadaki bazı elektronlar serbest kalıyor. Hava kararınca parçanın üzerine ışık düşmüyor. Kitaba göre hava karardığında bu elektronlar ve parçanın iletkenliği için aşağıdakilerden hangisi doğrudur?
- A) Elektronlar serbest kalmayı sürdürür; iletkenlik değişmez.
- B) Elektronlar atomlarına geri döner; parçanın iletkenliği azalır.
- C) Elektronlar parçanın yüzeyinden ayrılır; iletkenlik artar.
- D) Elektronların sayısı artmaya devam eder; iletkenlik artar.
- E) Elektronlar oyuklara dönüşür; parça pozitif yükle yüklenir.
Cevabı göster
Doğru cevap: B) Elektronlar atomlarına geri döner; parçanın iletkenliği azalır.
Kitaba göre yarı iletkenlerde ısı, ışık gibi bir dış etki altında son yörüngedeki elektronlar serbest hâle geçer ve madde iletkenlik kazanır; dış etki ortadan kalkınca serbest kalan elektronlar yeniden atomlarına döner. Hava karardığında elektronlar atomlarına bağlanır, parça yeniden yalıtkana yakın duruma geçer ve iletkenliği azalır.
Kolay
18Elektronik dersinde NPN tipi bir transistörün yapısı inceleniyor. Transistörün kolektör (C), beyz (B) ve emitör (E) adlı üç ucu vardır. NPN tipi transistörde beyz ucunun bağlı olduğu katman aşağıdakilerden hangisidir?
- A) İki P tipi katmanın arasındaki ince N tipi katman
- B) Transistörün bir ucunda yer alan N tipi katman
- C) Katkılanmamış saf silisyumdan oluşan orta katman
- D) İki N tipi katmanın arasındaki ince P tipi katman
- E) Transistörün bir ucunda yer alan P tipi katman
Cevabı göster
Doğru cevap: D) İki N tipi katmanın arasındaki ince P tipi katman
NPN tipi transistör, iki N tipi yarı iletkenin arasına ince bir katman hâlinde P tipi yarı iletken yerleştirilerek oluşturulur. Ortadaki bu ince P tipi katman beyz (taban) tabakasıdır ve iki N tipi katman arasındaki elektron-oyuk geçişini kontrol eder. İki P tipi katman arasında ince N tipi katman bulunan yapı PNP tipi transistördür.
Orta
19Bir akıllı telefonun işlemcisinde milyarlarca transistör bulunur; mikrofondan gelen zayıf ses sinyalinin güçlendirilmesinde de transistörler görev alır. Öğrenci İpek, transistörün bu iki farklı görevini bir sunumda özetlemek istiyor. İpek'in sunumunda transistörün en çok kullanıldığı görevler hangisinde doğru verilmelidir?
- A) Alternatif akımı doğru akıma çevirici olarak
- B) Işık enerjisini elektriğe çevirici olarak
- C) Sinyal yükseltici ve anahtar olarak
- D) Elektrik yükünü depolayıcı olarak
- E) Işık yayan gösterge olarak
Cevabı göster
Doğru cevap: C) Sinyal yükseltici ve anahtar olarak
Transistör küçük bir sinyalle büyük bir akımı denetleyebildiği için sinyal yükseltici olarak; açık–kapalı konumlarıyla da işlemcilerde anahtar olarak kullanılır. Alternatif akımı doğru akıma çevirmek (doğrultma) diyotun işidir.
Orta
20Bir yarı iletken laboratuvarında saf silisyuma az miktarda bor (3 değerlikli) atomu katılarak katkılı bir kristal üretiliyor. Teknisyen Hakan, elde edilen kristalle ilgili şu notları alıyor: I. Çoğunluk yük taşıyıcıları oyuklardır. II. Kristalin bütünü pozitif yüklüdür. III. Elde edilen kristal P tipi yarı iletkendir. Hakan'ın notlarından hangileri doğrudur?
- A) Yalnız I
- B) I ve II
- C) I ve III
- D) II ve III
- E) I, II ve III
Cevabı göster
Doğru cevap: C) I ve III
3 değerlikli bor, silisyumla bağ kurarken bir elektron eksik bırakır ve oyuk oluşturur; oyuklar çoğunluk taşıyıcısıdır ve kristal P tipidir (I, III). Katılan atomlar nötr olduğundan kristalin bütünü de elektrikçe nötrdür; II yanlıştır. II'yi doğru sanmak, "P (pozitif)" adını kristalin net yükü sanmaktan kaynaklanır.
Katkıda bulun
Özette bir hata mı gördün, eklenmesi gereken bir bilgi ya da güzel bir soru mu var? Öner; yönetici onaylarsa sitede yayımlanır ve sana bildirim gelir.