Yarı iletken maddeleri daha iyi anlayabilmek için öncelikle bir maddenin yalıtkan veya iletken olmasının altında yatan temelleri bilmeliyiz.

“Maddenin en küçük yapı taşı atomlardır.” Bu cümleyi birçoğumuz temel fizik ve temel kimya derslerinde duymuşuzdur. Proton, elektron ve nötron adı verilen atom altı parçacıklar bir araya gelerek atomları oluşturur. Proton ve nötronlar atom çekirdeğinde sabit konumdayken, elektronlar atom yörüngesinde hareket halindedir.

Bir atomda pozitif yükler protonlar tarafından taşınırken, negatif yükler elektronlar tarafından taşınır. Normalde atomlar eşit sayıda elektron ve protonlara sahiptir. Net şarj durumu sıfırdır. Elektronların atom yörüngesinde hareket ettiğini söylemiştik. Elektronlar sırasıyla ilk yörüngede 2, ikinci yörüngede 8, üçüncüde 18, dördüncüde 32 ve beşincide 50 elektron olacak şekilde atom etrafında hareket ederler. Yörüngede bulunan bu elektronların sayısı atom için önemlidir. En dış yörüngeye ”Valans Kabuğu” denir, buradaki elektronlara da ”Valans Elektronu” denmektedir.

Bir madde valans kabuğunda maksimum sayıda elektron içeriyorsa, bu elektronlar neredeyse birbirine sabit olarak bağlanmıştır ve başka bir atoma geçiş yapamazlar. Bu sebeple madde yalıtkan özellik göstermiş olur. Bununla beraber, valans kabuğunda yeterince elektron içermiyorsa elektronlar kolaylıkla yörüngeden kopabilir ve madde iletkenlik özelliği taşır.

Silisyum, Germanyum ve Galyum Arsenit gibi maddelerin elektriksel özelliği ne iletken ne de yalıtkandır. Bu yüzden bu maddelere yarı iletken denmiştir. Bu durumu Silisyum Atomları’nı inceleyerek açıklayalım.

Her atom en dıştaki kabuğunu alabileceği en fazla elektrona tamamlamaya çalışır. Atomlar bunu yapabilmek için ya başka bir atomdan elektron alırlar ya da başka bir atoma elektron vererek bir alt yörüngeyi en dış yörüngeleri yaparlar. Bu bahsettiğimiz olay Kovalent Bağ’ın ta kendisidir.

Silisyum atomları,valans kabuğunda dört elektron bulundurur. Her atom diğer dört silikon atomu ile valans yörüngelerine denk gelecek şekilde bağ oluşturur. Bu sayede her bağımsız valans elektronu iki atom ile paylaşılır. Bu durumda silisyum atomu yalıtkan haldedir. Fakat, valans elektronu 5 olan başka bir atom ilave edilirse bir fazlalık elektron oluşacaktır veya valans elektronu 3 olan bir atom ilave edilirse kurulacak olan kovalent bağda boşluklar oluşacaktır. Bu fazla elektron veya elektron boşluğu yük taşıyıcı olarak kullanılabilecektir. Materyal uçlarına dışarıdan uygulanacak bir potansiyelin oluşturacağı elektrik akımı iletilecektir.

Yarı iletkenlerin atomlarına yabancı atomların eklenme işlemine ‘Doping’ adı verilmektedir. Eğer silisyum atomuna uygulanan katkı işleminde valans yörüngesinde 5 elektron bulundurulan bir atom kullanılırsa N Tipi materyal elde edilir. Bu N Tipi materyaller negatif yük taşıyıcılardır. Fakat, katkı işleminde kullanılan atomun valans yörüngesinde ki elektron sayısı 3 ise P Tipi materyal elde edilir. P Tipi materyaller pozitif yük taşıyıcılardır.