Bir yarı iletkenin enerji bant aralığı 1.5 eV olarak ölçülmüştür. Bu yarı iletkenle ilgili aşağıdakilerden hangisi yanlıştır?
A) Görünür bölgede ışık yayabilirMerhaba sevgili öğrenciler,
Bu soruda, bir yarı iletkenin temel özelliklerini ve enerji bant aralığının etkilerini anlamamız gerekiyor. Verilen yarı iletkenin enerji bant aralığı $1.5 \text{ eV}$'dir. Şimdi seçenekleri tek tek inceleyelim:
Bir yarı iletkenin yaydığı ışığın enerjisi, genellikle enerji bant aralığına eşittir veya ona yakındır. Işığın enerjisi ($E$) ile dalga boyu ($\lambda$) arasındaki ilişki $E = hc/\lambda$ formülüyle verilir. Yaklaşık olarak $E (\text{eV}) = 1240 / \lambda (\text{nm})$ bağıntısını kullanabiliriz.
Verilen enerji bant aralığı $E_g = 1.5 \text{ eV}$ için dalga boyunu hesaplarsak:
$\lambda = 1240 / 1.5 \approx 827 \text{ nm}$
Görünür ışık spektrumu yaklaşık olarak $400 \text{ nm}$ (mor) ile $750 \text{ nm}$ (kırmızı) arasındadır. $827 \text{ nm}$ değeri ise kızılötesi (infrared) bölgeye denk gelir. Dolayısıyla, bu yarı iletkenin doğrudan banttan banda geçişle yayacağı ışık görünür bölgede değildir. Bu nedenle, doğrudan emisyon açısından bu ifade yanlıştır.
Yarı iletkenler, adından da anlaşılacağı gibi iletkenler ile yalıtkanlar arasında bir iletkenliğe sahiptir. Oda sıcaklığında, termal enerji nedeniyle az sayıda elektron valans bandından iletkenlik bandına geçerek serbest yük taşıyıcıları (elektron ve boşluk) oluşturur. Bu sayı, metallere göre çok daha azdır. Bu ifade doğrudur.
Metallerde valans ve iletkenlik bantları ya üst üste biner ya da aralarında çok küçük bir enerji farkı vardır, bu da çok sayıda serbest elektronun bulunmasını sağlar ve yüksek iletkenliğe yol açar. Yarı iletkenlerde ise bir bant aralığı olduğu için serbest yük taşıyıcı sayısı metallere göre çok daha azdır. Bu nedenle iletkenlikleri metallerden düşüktür. Bu ifade doğrudur.
Bu ifade yarı iletkenler için yanlıştır. Yarı iletkenlerde iletkenlik, serbest yük taşıyıcılarının sayısına bağlıdır. Sıcaklık arttıkça, daha fazla elektron termal enerji kazanarak bant aralığını aşar ve iletkenlik bandına geçer, bu da serbest yük taşıyıcı sayısını artırır ve iletkenliği artırır. Tam tersine, sıcaklık azaldıkça, bant aralığını aşabilecek elektron sayısı azalır, dolayısıyla serbest yük taşıyıcı sayısı ve iletkenlik azalır. Bu özellik, metallerin iletkenliğinin sıcaklık arttıkça azalması (çünkü atom titreşimleri artar ve elektronların hareketini engeller) ile zıttır. Bu, yarı iletkenlerin temel ve ayırt edici bir özelliğidir.
Yukarıdaki analizlere göre, D seçeneğindeki ifade yarı iletkenlerin temel bir özelliğine tamamen zıttır ve kesinlikle yanlıştır. A seçeneği de doğrudan banttan banda geçişle yanlış olsa da, D seçeneği yarı iletken fiziğinin temel prensiplerine aykırı olduğu için en kesin yanlış ifadedir.
Cevap D seçeneğidir.
