Germanyum ve Silikon yarı iletkenleri, kristal yapılarının kazandırdığı bir takım iletken özelliğine sahiptir.
Germanyum ve Silikon, elektroniğin ana elemanları olan, DİYOTLARIN, TRANSİSTÖRLERİN ve ENTEGRE DEVRELERİN üretiminde kullanılmaktadır. Bu nedenle, elektronik devre elemanları hakkındaki temel bilgilerin edinilebilmesi bakımından bu iki yarı iletkenin yapılarının iyi bilinmesi gerekir.
Her iki yarı iletken de tabiattan elde edilmekte ve saflaştırılarak monokristal haline getirildikten sonra devre elemanların üretiminde kullanılmaktadır.
Germanyumun Elde Edilişi:
Germanyum başlıca iki kaynaktan sağlanır:
- Bazı cins maden kömürünün baca tozlarından,
- Çinko rafine endüstrisi yan ürünlerinden
Yukarıda belirtilen kaynaklardan germanyumun oluşturulabilmesi için uzun işlemler gerekmektedir.
Bu iki evrede oluşturulan germanyum henüz saf değildir. içerisinde bazı yabancı maddeler bulunur. Germanyumun kullanılabilinmesi için önce içindeki yabancı madde oranının 1/108 ‘in altına düşürülmesi gerekmektedir. Bunu sağlamak içinde ikinci evre olarak saflaştırma işlemi yapılır.
Germanyumun Saflaştırılması:
Germanyumun saflaştırılmasında en çok uygulanan yöntem “Bölgesel saflaştırma” dır.
Çubuk şekline getirilmiş, yaklaşık 100 gram ağırlığındaki germanyum şekil 1 ‘de görüldüğü gibi özel bir pota içerisine konularak, saatte 5-6 cm ‘lik hızla, endüksiyon yolu ile ısıtılan bir fırının içerisinden geçirilir.
şekil 1
Aynı anda germanyum içerisinde ki yabancı maddeler de eriyerek çubuğun arka tarafına toplanır. Saflaştırma sonunda bu uç kesilerek alınır.Isıtıcı sistem, germanyumun erime derecesi olan 936°C ‘ye ayarlanıştır.
Germanyum çubuğun ısıtıcı içerisine giren ucu erimeye başlar ve çubuğun hareketi ile erime bir uçtan öbür uca doğru devam eder.
Kesilecek uç direnç kontrolü ile belirlenir. Germanyum saflaştıkça direnci artmaktadır.
Gerekirse bu işlemler birkaç kez daha tekrarlanarak germanyumun saflık derecesi arttırılabilir. Bu halde germanyum henüz polikristal ‘dir.
Silikonun Elde Edilişi ve Saflaştırılması:
Silikon tabiatta silika (Kuartz yahut kum) halinde bol miktarda bulunur. Silikon, germanyum için anlatılan yöntemle saflaştırılmaz. İçerisinde bulunan BOR “bölgesel saflaştırma” yolu ile tamamen alınamamaktadır.Saflaştırma işlemi çok uzun sürmektedir…….
Germanyumun MonoKristal Hale Getirilmesi:
Germanyum ve silikon ancak MONOKRİSTAL haline getirildikten sonra DİYOT, TRANSİSTÖR ve ENTEGRE DEVRELERİN üretiminde kullanılabilir. “Monokristal” kelimesi uluslararası bir terimdir ve Tek tip kristal anlamına gelmektedir.
Şekil 2 – Germanyumun monokristal haline getirilmesi
Germanyumda monokristal yapı şöyle oluşmaktadır:
Poli kristalli saf germanyum grafit bir pota içerisinde ergime derecesine kadar ısıtılır. Ergimiş germanyum içerisine, Şekil 2 ‘de görüldüğü gibi monokristal halindeki germanyum çubuk daldırılıp yavaş yavaş döndürülerek çekilir.
Çekme işlemi ilerledikçe, eriyik halindeki germanyum da yüzeysel gerilim etkisiyle çubuk etrafında toplanır ve aynı zamanda çubuğun kristal yapısına uygun olarak katılaşır. Bütün eriyik katılaşıncaya kadar aynı işlemle çekmeye devam edilir. Sounda, monokristal yapıya sahip bir germanyum kitlesi ortaya çıkar.
Siliskonun Monokristal Haline Getirilmesi:
Her ne kadar, monokristal silikon da Germanyum gibi tek kristal çekirdekten üretilse de, ergime derecesinin yüksek (1420°C) olması ve başka maddelerle birleşmemesi nedeniyle işlem ayrıntılarında farklılıklar vardır.
Saf Germanyum ve Silikonun Kristal Yapısı