İLETKEN POLİMERLER

1. İLETKEN POLİMERLER Prof.Dr. Ahmet GÜRSES

2. Polimerler, ilk kullanımlarından bu yana elektriksel yalıtkanlığı iyi maddeler olarak bilinirler. Bu özelliklerinden dolayı elektriksel yalıtkanlığın arandığı, kabloların kılıflanması gibi alanlarda önemli kullanım yerleri bulmuşlardır. Kolay işlenmeleri, esneklikleri, estetik görüntüleri, hafiflikleri ve kimyasal açıdan inert olmaları diğer bazı üstün özellikleridir.

3. Metaller ise; elektriksel iletkenliği yüksek, üstün mekaniksel özelliklere sahip bir başka madde grubunu oluşturur. Ancak, metaller polimerlerden ağırdırlar, pahalıdırlar ve polimerler gibi kolayca şekillendirilemezler. Korozyon, metaller için önemli bir başka sorundur. Metallerin elektriksel iletkenlik ve mekaniksel özelliklerini, polimerlerin özellikleriyle birleştirerek bir tek malzemede toplayabilmek her zaman ilgi çeken bir araştırma noktası olmuştur.

4. Bu amaçla yapılan ilk yaklaşımlar, polimerlerin uygun iletken maddelerle karışımlarının hazırlanmasına yöneliktir. Denenen yollardan birisi, polimerlere metal tozları gibi parçacıkların katılması ve iletkenliğin polimer örgüsüne sokulan metal faz üzerinden sağlanması olmuştur. Polimer içerisinde uygun bir tuz çözüp iyonik iletkenlikten yararlanmak bir başka yaklaşımdır. Her iki yöntemde de polimer, iletkenliği sağlayan parçacıklar için bir bağlayıcı faz olarak işlev yapar ve kendisi elektrik iletimine katılmaz. Sözü edilen yöntemlerle ancak belli düzeyde iletkenlik kazandırılabilir. Polimer yerleştirilmiş- metal oksit (Slikon kauçuk) - (çinko oksit) PARATONER

5. Bu iki yaklaşımda da polimerin kendisi yalıtkanlık özelliğini korur ve yalnız iletkenliği sağlayan diğer bileşen için taşıyıcı faz işlevi yapar. Bir polimerin kendisinin doğrudan elektriği elektronlar üzerinden iletebileceği, ilk kez, poliasetilen üzerine yapılan çalışmalarla anlaşılmıştır. Poliasetilen ile yapılmış Transistörler, FET*'ler, fotodiyotlar ve LED'ler… FET*:(Field Effect Transistör) Alan Etkili Transistör

6. İletken polimerler konusundaki çalışmalar 1950’lerde başlamıştır. İletkenlikleri oda sıcaklığında 10-5 S/cm olan yarı iletken polimerler 1950-1960 yılları arasında üretilmiştir. Günümüzdeki anlayışa uygun iletken polimerler 1970’lerin sonunda ortaya çıkmaya başlamıştır. Shirakawa yöntemiyle üretilen poliasetilenin bir yükseltgen ile dopedilmesi sonucunda iletkenliğinin 108-109 kat arttırıldığı görülmüştür.

7. Poliasetilen, uzun yıllardır iletken olmadığı bilinen ve normalde siyah toz halinde bir polimerdir. H. Shirakawa, 1974’te, Ziegler-Natta katalizörü kullanarak metalik görüntüde ancak yeterince iletken olmayan gümüş renginde poliasetilen filmler hazırlamıştır. 1977 yılında H. Shirakawa, A.J. Hegeer ve A.G. MacDiarmid sözü edilen poliasetilen filmlerin iyot, flor veya klor buharlarına tutularak yükseltgendiğinde, iletkenliğin 108-109 kat artarak 108-109 S/m düzeyine çıktığını gözlemişlerdir.

8. İletkenlik konusunda en önemli adım 1979’da Diaz’ın pirolü elektrokimyasal yöntemle yükseltgeyerek polipirolü üretmesiyle atılmıştır. Polipirol anot üzerinde üretilebilmiş ve güçlü bir film olarak yüzeyden çıkarıldığında iletkenliği 100 S/cm’ye ulaşabilmiştir. Benzer şekilde, elektro yükseltgenme yöntemiyle iletken politiyofen anot üzerinde üretilebilmiştir.

9. Günümüzde polipirol, polianilin, politiyofen, polifuran, poli(N-vinil karbazol) gibi çok sayıda polimerin iletken olduğu bilinmekte; bazılarının toz, süspansiyon, film veya levhalar halinde ticari üretimi yapılmaktadır. Ana bileşeni polipirol olan lifler, polipirol ve polianilin kaplı karbon tozları, polipirol kaplı lifler diğer ticari ürünlere örneklerdir.

10. İletken polimerlerin kullanılabilecekleri diğer alanlar arasında yarı iletken çipler, entegre devreler, hafif pil bileşenleri, sensörler, antistatik kaplama, antistatik ambalaj ve paketleme malzemelerinin yapımı sayılabilir. Ayrıca, transistör, diod, düz televizyon ekranı ve güneş ışığı paneli türü malzemelerin yapımına da uygundurlar. Ancak iletken polimerlerin erimez ve çözünmez oluşları, istenilen amaca yönelik şekillendirilebilmelerini engeller ve kullanım yerlerini sınırlar.

11. İletken polimerler, günümüzde polimer önemli ve yeni bir araştırma konusudur. Bu nedenle, iletken polimerlere yönelik araştırmaların gelişimine bağlı olarak doplama veya dop etme (doping), dopant, andoplama veya andop etme (undoping), hoping (hopping) gibi yeni kavramlar kullanılmaya başlanmıştır.

12. İletkenlikle ilgili ön bilgi Ohm yasasına göre potansiyel (V) ve akım (I) arasındaki ilişki aşağıdaki gibidir. V = IR Eşitlikte yer alan potansiyel, volt; akım, amper birimindedir. Orantı katsayısı olan R ise ohm (Ω) biriminden direnci gösterir, direncin tersi iletkenlik olarak bilinir. Ohm yasasına uygun şekilde elektriği ileten maddelerin dirençleri örnek uzunluğu (l) ile doğru, kesit alanı (A) ile ters orantılı olarak değişir. R = ρl / A Bağıntıdaki ρ, Ω cm biriminden özdirençtir; özdirencin tersine öz iletkenlik (σ) denilir. σ = 1 / ρ

13. Öziletkenlik birimi bu durumda 1 / Ω cm’ dir. 1 / Ω birimi için ayrıca Siemens (S) tanımı kullanılır ve öziletkenlik birimi S türünden S/cm olur. Bir maddenin iletkenliğinin büyüklüğü, örgüsündeki yük taşıyıcıların sayısı (n) ve bunların hareket yetenekleriyle (μ) yakından ilişkilidir. Bu ilişki, e elektron yükünü göstermek üzere, σ = nμe şeklindedir. Sıcaklığın yükseltilmesiyle metallerin iletkenliği azalır, iletken polimerlerin iletkenliği ise artar. Bazı metaller yeterince düşük sıcaklıklarda süper iletken davranışa geçer.

14. İletken polimerlerin yapısı İletken polimer kavramı, kendi örgüsü içerisindeki elektronlarla (elektronik) yeterli düzeyde elektriksel iletkenliği sağlayan polimerler için kullanılır.

15. Polimerlerin elektronik iletkenlik gösterilebilmesi için elektronların zincir boyunca taşınmasını sağlayan uygun yerlerin bulunması gerekir. Bu koşulu ana zincirinde konjuge çift bağlar bulunan polimerler sağlar. İletken polimerler, diğer polimerlerden ayıran temel özellik, sırayla değişen tek ve çift bağlardan oluşan bir zincir yapısına sahip olmalarıdır. Bu şekilde sırayla değişen bağ yapısına; konjugasyon denir. Bu nedenle iletken polimerlere konjuge polimerler de denmektedir. Konjuge yapıya sahip poliasetilen

16. İletken bir polimerin genel özelliği polimerin omurgası boyunca konjuge çift bağların olmasıdır. Konjugasyonda karbon atomları arasındaki bağlar birbiri ardı sıra değişen tek ve çift bağlar şeklinde dizilmişlerdir. Her bir bağ kuvvetli bir bağ olan sigma (δ) bağı içerir. İlaveten, her çift bağda daha zayıf daha az lokalize olmuş bir pi (П) bağı vardır.

17. Bunlara rağmen, konjugasyon polimer maddeyi iletken yapmak için yeterli değildir. Fakat bunlara dopant maddeleri girdirilerek iletkenliği arttırılabilir. Dopantların yaptığı şey malzeme içerisinde elektron ve hole ‘lerin sayısını arttırmaktır. Bir elektron eksikliğinin olduğu konuma bir hole denir. Böyle bir hole komşu bir konumdan atlayan bir elektronla doldurulduğunda yeni bir hole oluşturulur ve bu durumun böyle devam etmesiyle yükün uzun bir mesafeye göç etmesi sağlanır. Bazı maddeler anizotropi özellik* gösterirler. Bu maddelerin optik, mekanik ve elektriksel özellikleri inceleme yönüne bağlı olarak değişir. Anizotropi, elektriksel iletkenlik için de geçerlidir. Anizotropi özellik*:farklı yönlerde farklı özelliklere sahip olma durumudur.

18. İletken Polimerlerde İletkenlik İletken polimerlerde iyonik iletkenlik Bazı polimer molekülleri tuzlar için katı çözücüdürler. Bu özelliklerinden yararlanarak elektriği iyonik mekanizma üzerinden ileten polimer hazırlanabilmektedir. Suda çözünen NaCI’ nin elektriği iletme mekanizmasına dayanarak bu tür polimerlerdeki iyonik iletkenlik açıklanabilmektedir.

19. NaCI çözeltisinde Na+ ve CI- iyonlarının elektrik potansiyeli altında zıt elektrotlara göçü ile elektrik iletilir. Ortamdaki çözücü moleküllerin çözünen iki iyonu solvatize etme yeteneğine bağlı olarak iyonların birbirinden ayrılması kolaylaşır. Genelde iyonik iletkenlik gösteren polimerlerin yapısında elektron verici bir grup bulunmaktadır. Polimerin yapısında yer alan bu gruplar tuzun katyonik bileşiği ile zayıf bağlar oluştururlar. Böylece polimer, tuzun her iki iyonunu veya birini solvatize eder. İyonlar birbirinden yeterince uzaklaşmadığı sürece iyon çifti olarak kalmayı tercih edeceklerinden yük taşıyıcı olarak görev yapmayacaklardır. Lityum-İyon pilleri

21. Ancak solvatizasyon ile iyonlar yeterince birbirinden ayrılsalar da uygun elektroda göç etmek için yeterli hareketliliğe sahip değilseler, böyle bir sistem zayıf iletkendir. Bu nedenle polimerlerin yeterince esnek olması ve iyon göçüne izin verecek yeterli serbest hacme sahip olması gerekir kısaca, polimerin camsı geçiş sıcaklığı ve kristallik derecesi düşük olmalıdır. Polimerlerde iyonik iletkenliğin mekanizması tam olarak aydınlatılmamış olmasına rağmen şu şekilde açıklama getirilebilir…

22. Ortamda kullanılan elektrolitin anyon veya katyonlarının her ikisi veya biri polimer zinciri üzerindeki gruplara zayıfça bağlanırsa, bu gruplar polimerin ısı etkisi ile yapacağı eğilip bükülme hareketi ile zincirler arasında taşınacaklardır. Bu taşınma polimer üzerindeki bir grubun bir başka polimer zincirindeki benzer gruba iyon transferi şeklindedir. Eğer ortama elektriksel potansiyel uygulanırsa iyon difüzyonu tek yönde olacaktır. Örneğin, katyon, bir polimer molekülünden diğerine atlayarak katoda doğru göç edecektir.

23. İletken Polimerlerde Elektronik İletkenlik Elektriği, elektronik yolla ileten poliasetilen, polianilin, polipirol gibi polimerlerde iletkenlik mekanizması henüz tam olarak aydınlatılamamıştır. Elektronik iletkenliğin açıklanmasına yönelik kuramsal yaklaşımlardan birisi band kuramıdır.

24. Polimerlerde delokalize elektronlar tarafından sağlanan elektriksel iletkenlik metallerde ve yarı iletken sistemlerde olduğu gibi Band Teorisi ile açıklanır. Bu teoriye göre organik maddeler yüksek enerjili elektronlar ile iletkenlik bandı arasında geniş enerji aralığına sahip delokalize elektronlara sahiptirler ve bu nedenle yalıtkandırlar.

25. Elektriksel iletkenliğin olabilmesi için elektronların serbestçe hareket etmesi gerekir. Bu da dolu ve boş bantların birbirine bitişik olması ile sağlanabilir. Eğer bir maddede enerji bantlarından biri elektronlarla tamamen dolu ve kendisinden sonra gelen boş enerji bandı ile arasındaki enerji farkı büyük ise, madde yalıtkandır. Metallerde ise bu enerji bandı olmadığı için elektronlar kolayca hareket edebilecek ve böylece iletkenlik sağlanmış olacaktır. Buna göre bazı polimerler, metallerle yalıtkanlar arası bir iletkenliğe sahiptir. Bu polimerlere iletken polimerler denir. Bir polimerin iletkenliğinin büyüklüğü, örgüsündeki yük taşıyıcıların sayısı (n) ve bunların hareket yetenekleriyle (µ) yakından ilişkilidir. Bu ilişki, (e) elektron yükünü göstermek üzere, σ = n.µ.e şeklindedir. Artı yük taşıyıcıların (katyon veya artı yüklü boşluklar) bulunduğu tuz çözeltilerinde ve yarı iletkenlerde, artı yük taşıyıcıların iletkenliğe olan katkısı yukarıdaki bağıntıya eklenmelidir

26. İletken Polimerlerde İletkenlik Teorisi Poliasetilen, polianilin ve polipirol gibi konjuge polimerlerin optik absorpsiyon çalışmaları sonucunda, bu polimerlerin değerlik bandını iletkenlik bandından ayıran yasak enerji aralığının yarı iletkenlerde olduğu gibi 1,4-3 eV arasında olduğu anlaşılmıştır. Bir yarı iletkende elektronun, değerlik bandından iletkenlik bandına çıkması ile sistemin yapısı değişmez. Konjuge çift bağ yapısına sahip polimerlerde ise elektronik uyarma, örgünün relaksasyonuna*neden olmaktadır. Polimerlerde iki tür yapısal relaksasyon olduğu kabul edilmektedir. Birincisi polimer zinciri boyunca oluşan tek düze relaksasyon, ikincisi ise lokal olarak yapısal deformasyona neden olan relaksasyondur. Bunların sonucunda polimer zinciri üzerinde serbest radikal (soliton) olarak isimlendirilen farklı spin yük konfigürasyonuna sahip hata merkezleri oluşturulabilmektedir. Relaksasyon*(gevşemeli); osilatör(elektrik sinyallerini veren elektronik düzenektir.) yapımında kullanılan yarı iletken bir devre elemanıdır.

27. Şekil’de oluşabilecek hata türleri, poliasetilenin yapısı üzerinde iletkenlik teorilerinde kullanılan katı hal fiziği terimleri (solda) ile kimyasal isimlendirmeler (sağda) birlikte verilerek gösterilmiştir

28. Band Teorisi Bant teorisi, bir katıdaki elektronların davranışını tanımlar. Bu teoriye göre katıda elektronlar tarafından doldurulacak sürekli enerji bantları ve elektronların bulunamayacağı enerji aralıkları bulunur. Teori, elektriksel direnç ve optik absorpsiyon gibi birçok olayı açıklamada büyük yarar sağlar. Belirli sayıda atomdan oluşmuş bir katı oluştuğunda, genel olarak her bir atom tek başına düşünülerek hata yapılır. Bunun yerine katının tüm yapısını düşünmek gerekir. Bu özellikleri tam olarak anlayabilmemiz için moleküler orbital teorisi ile işe başlamamız gerekir. Bu teoriye göre eğer iki atom bir araya gelirse farklı enerjilerdeki bağ ve anti-bağ orbitalleri oluşur. Bu teorideki en önemli nokta moleküldeki N atomik orbitalden dolayı N tane moleküler orbitalin oluşacağıdır.

29. İki atomik orbital içeren bir molekülü düşünürsek, Şekil’de görüldüğü gibi bu atomik orbitallerden biri bağ ve diğeri anti-bağ olmak üzere 2 farklı enerji düzeyindeki orbitaller oluşur. 10 atomdan oluşan bir molekülü ele alırsak, 5 bağ ve 5 anti-bağdan oluşan 10 moleküler orbital oluşur. Her bir orbital kümesi arasındaki dağılıma yakından bakarsak; moleküler orbital sayısı yükselirken, en düşük antibağ ile en yüksek bağ orbitalleri arasındaki boşluk azalır. Moleküler orbital sayısı moleküldeki atom sayısı ile artacağından, bağ ve antibağ orbitalleri arasındaki boşluk azalarak minimuma ulaşacaktır.

30. Sonlu sayıda atomdan oluşmuş bir metali düşünürsek, sonuç olarak sonlu sayıda moleküler orbital oluşacak ve bunlar birbirine o kadar yakın olacak ki bir bant oluşturacaklardır. Moleküler orbital sayısı arttıkça bağ ve anti-bağ orbitalleri birbirine çok yaklaşarak ortayı doldurur. Açıkça anlaşılacağı gibi moleküler orbitaller ayırt edilemez bir hal alarak bir birine karışır ve elektronlar metallerde olduğu gibi yer değiştirerek elektron bulutları oluştururlar.

31. Değerlik bandı ve iletkenlik bandı arasındaki aralığa band eşiği (veya band aralığı), bu aralığın geçilmesi için gerekli enerjiye ise band eşik enerjisi adı verilir. Maddelerin yalıtkan, yarı-iletken, iletken şeklinde elektriksel iletkenlikleri açısından gruplandırılmasında band eşik enerjisinin büyüklüğü önemlidir

32. Sıcaklığın değişmesiyle birlikte termal etkiyle iletkenlik bandın geçen elektronların sayısı değişir. Sonuç olarak yalıtkan ve yarı iletkenlerin elektriksel iletkenliği sıcaklık ile artar, tam tersine metallerin iletkenlikleri artan sıcaklık ile düşer. İletken polimerlerde ise metallerden farklı olarak iletkenlik sıcaklık ile üstel olarak artar.

33. Polimerlerde İletkenlik Mekanizması İletken polimerlerin sentezi, polimerlerin sentezi gibi gerçekleşmektedir. Başlama, büyüme ve sonlanma basamaklarını içermektedir. Bilindiği üzere, bir tek elektron transferiyle başlatılmış bir zincirde, binlerce monomer biriminin reaksiyonu söz konusudur. Polimerleştirildiğinde iletkenlik gösteren pirol monomeri ele alınacak olursa; yükseltgenme, monomer-radikal çiftleşmesi ve deprotonlanma reaksiyonlarının bir sonucu polipirol oluşmaktadır.

35. Başlangıç basamağı, monomerin yükseltgenmesi sonucu radikal katyonunun oluşması şeklindedir (a). Reaksiyon sırasında monomerler sürekli yükseltgenmelidirler (b).

36. Eğer çalışılan yükseltgenme potansiyelinde, anot üzerindeki monomer ve oligomerlere ait radikal katyonları konsantrasyonu yüksek, nötral türlerinki düşükse, radikal katyonlarının dimerleşmesi işlemi favori (baskın) olacaktır. İki radikal katyonunun birleşmesi protonunu kaybettiğinde, aromatik dimeri üretecek olan dihidromerdikatyonunu oluşturur (c).

37. Dimer sonra yükseltgenir, tekrar çiftlenir ve deprotonlanır (d,e).

38. Polimerin yükseltgenmesi ve karşıt anyonların yapıya katılması polimer-anyon kompozit filmini oluşturur (f).

39. Sonlanma basamağı tam aydınlatılamamış olsa da birkaç fikir ileri sürülmektedir. Buna göre, sonlanma basamağında zincir halindeki iki radikalik merkezin çiftlenmesi gerçekleşebilir. Bu takdirde sonuçlanan her zincir için iki tane elektrona ihtiyaç duyulur. Sonlanma basamağında disproporsinasyon* varsa her bir zincir için bir tane elektron gereksinimi doğacaktır. Çoğu zaman her iki işlem eş zamanlı olarak meydana gelebilir. Disproporsinasyon*: Bir elementin bazı atomlarının indirgenmesi ve aynı atomun diğer kısmının yükseltgenmesi sonucu oluşan redoks reaksiyonlarına verilen isimdir.

40. Yalıtkanlar: Maddelerin elektriksel özellikleri elektronik band kuramına ve bandlardaki elektron dağılımına bağlıdır. Bandlar tamamen dolu ya da boş olduğunda, hiçbir iletim meydana gelmez. Eğer band aralığı termal harekete geçme enerjisine (band eşik enerjisi) göre darsa, elektronlar iletkenlik bandına geçerler ve iletkenlik yükselir. Band aralığı çok geniş olduğunda termal hareketlilik elektronların iletkenlik bandına geçmesi için yeterli olmaz ve madde yalıtkan özellikte olur.

41. Yalıtkan maddelere bir örnek elmastır. Elmasta karbon atomları birbirlerine tetrahedral olarak bağlıdır. Karbon atomlarının değerlik orbitallerinin birbirleri ile etkileşimi sonucu, elmasta tamamen dolu bir band ile tamamen boş bir band oluşur. Karbonun bağ yapan orbitalleri dolu bandı oluştururken, antibağ orbitalleri boş bandı oluşturur. Dolu band ile boş band arasındaki enerji farkı Eg= 6eV = 579 kj/mol’dür. Normal sıcaklıklarda termal enerji düşük bandaki elektronları üstteki banda uyarmaya yetmeyeceğinden, elmas bir yalıtkandır.

42. Yarı-iletkenler: Elektrik iletkenliği, iletkenler ile yalıtkanlar arasında kalan maddelerdir. Band teorisi, yarıiletkenlerin elektriksel iletkenlik özelliklerini büyük bir başarı ile açıklar. Metallerde değerlik bandı ve iletkenlik bandı aynı olduğu halde, yarıiletkenlerde bu iki band, band eşik enerjisi ile ayrılır. Yarı iletkenlerin, düşük sıcaklıklarda değerlik elektronlarının enerji düzeyleri dolmuş durumdadır. Bu nedenle de elektriği iletecek serbest elektronlar yoktur ve normal durumda yalıtkandırlar. Ancak, sıcaklık yeteri kadar artınca, ışık, manyetik etki veya elektriksel gerilim gibi dış etkiler uygulandığında bazı elektronlar bulundukları düzeylerden iletkenlik bandına sıçrayacak kadar enerji kazanırlar ve değerlik bandındaki eski yerlerinde delik adını alan (+) yüklü bir elektron boşluğu bırakırlar ve iletken duruma gelirler yani oluşan eşit sayıdaki hareketli elektron ile delik, elektrik akımını iletebilmektedir .

43. Genel olarak band eşik enerjisi Eg=2 eV’dan daha küçük olduğunda, oda sıcaklığında uyarılan elektronların sayısı yeterli düzeye çıkmaktadır ve cisim yarıiletken olmaktadır. Uygulanan bu dış etki veya etkiler ortadan kaldırıldığında ise yalıtkan duruma geri dönerler. Bu özellik elektronik alanında yoğun olarak kullanılmalarını sağlamıştır. Elektronik elemanlarda en yaygın olarak kullanılan yarı iletkenler germanyum, silisyum selenyum gibi elementler olabildiği gibi bakır oksit, galyum arsenik, indiyum fosfor, kurşun sülfür gibi bileşikler de olabilir. Silisyum ve germanyum devre elemanı üretiminde saf olarak kullanılmaz. Bu maddelere katkı katılarak değerlik bandı enerji seviyesi yukarıya veya iletkenlik bandı enerji seviyesi aşağıya çekilir. Değerlik bandının yukarı çekildiği yarı iletkenlere P tipi yarı iletken, iletkenlik bandının aşağıya çekildiği yarı iletkenlere ise N tipi yarı iletken denir. P tipi yarı iletkende yüklü boşluk derişimi, N tipi yarı iletkende ise elektron derişimi daha yüksektir.

45. N-Tipi yarı-iletken Akım taşıyıcılarının çoğunluğu elektron olan, silisyum veya germanyum maddesine N- tipi yarıiletken malzeme denir. N-tipi malzemede elektronlar, akım taşıyıcıları diye adlandırılır. Saf silisyumun iletkenlik bandındaki deliklerinin artırılması atomlara katkı maddesi ekleyerek yapılır. Bu atomlar, 5-değerli valans elektronları olan arsenik (As), fosfor (P), bizmut (Bi) veya antimon’dur.

46. Silisyuma katkı maddesi olarak 5 valans elektrona sahip fosfor belli bir oranda eklendiğinde, diğer silisyum atomları ile nasıl bir kovalent bağ oluşturulduğu gösterilmiştir. Fosfor atomunun dört valans elektronu, silisyumun 4 valans elektronu ile kovalent bağ oluşturur. Fosfor’un bir valans elektronu açıkta kalır ve ayrılır .Bu açıkta kalan elektron iletkenliği artırır. Çünkü herhangi bir atoma bağlı değildir. İletkenlik elektron sayıları ile kontrol edilebilir. Bu ise silisyuma eklenen atomların sayısı ile olur. Katkı sonucu oluşturulan bu iletkenlik elektronu, valans bandında bir boşluk oluşturmaz.

47. P-Tipi yarı-iletken Saf silisyum atomu içerisine, 3 valans elektrona sahip (3-değerli) atomların belli bir oranda eklenmesi ile yeni bir kristal yapı oluşur. Bu yeni kristal yapıda delik (boşluk) sayısı artırılmış olur. 3 valans elektrona sahip atomlara örnek olarak; alüminyum (Al), Bor (B) ve Galyum (Ga) elementlerini verebiliriz. Örneğin; saf silisyum içerisine belli bir oranda bor katılırsa; bor elementinin 3 valans elektronu, silisyumun 3 valans elektronu ile ortak kovalent bağ oluşturur. Fakat silisyumun 1 valans elektronu ortak valans bağı oluşturamaz. Bu durumda 1 elektron noksanlığı meydana gelir. Buna “boşluk” veya “delik” denir. Bu yöntemle elde edilen yeni malzemeye P tipi yarıiletken malzeme denir. Çünkü boşluklar pozitif yüklüdür. Dolayısı ile P-tipi malzemede çoğunluk akım taşıcıları boşluklardır. Elektronlar ise P tipi malzemede azınlık akım taşıyıcılarıdır.

49. İntrinsik yarı-iletken Yarı-iletken polimerlerde valans bandı ve iletkenlik bandı arasındaki enerji seviyesi yeterince düşük olduğunda, ısı veya ışık etkisiyle serbest elektronlar iletkenlik bandının en düşük enerji düzeyine geçebilirler. İntrinsik yarı iletkenlerde iletkenlik bandındaki elektronların sayısı, valans bandındaki boşlukların sayısına eşittir. Bu elektronlar iletkenlik bandı içerisinde hareket ederek yük taşıyıcı işlevi yapar ve zincir boyunca ilerleyerek artı yüklü yöne doğru yönlenir. Bu sırada bağ bandı içerisinde kalan artı yük boşluğu, polimer zinciri üzerinde elektrona ters yönde hareket eder. Elektriği bu yolla ileten maddelere intrinsik yarı iletken denir ve iletkenlikleri sıcaklık ya da ışık yoğunluğunun artışıyla yükselir. İntrinsik yarı iletkenler genellikle dop edilmemiş yarı iletken ya da i-tipi yarı iletken olarak adlandırılır.

50. Ekstrinsik yarı-iletkenlik Hata yarı iletkenliği de denir ve dolu valans bandından elektron çıkarılması veya boş iletkenlik bandına elektron getirilmesi sonucunda, yabancı element atomları ile gerçekleştirilen hatalarla sağlanır. Bu durumda, termal uyarma ile yabancı madde düzeyleri elektron almaktadırlar. Böylece alıcı atomunda negatif yüklü, vericide ise pozitif yüklü boşluk olur. Bu boşluk dış alanın etkisi altında net bir akıma neden olur. Akım pozitif taşıyıcı tarafından taşındığından, bu tip iletkenliğe p-tipi yarı iletkenliği denir. Eğer yabancı madde elektron verirse, kendisi pozitif yüklü olurken, alıcı atomu negatif yüklü olacaktır. Böylece n-tipi yarı iletkenlik görülecektir. Polimerik sistemlerde iletkenlik polimer zincirinde yükseltgenme veya indirgenme ile değiştirilir. Yükseltgen ve indirgenler polimerik sistemde yer alırlar ve ortamda bulunan karşı iyonlar dopant olarak adlandırılırlar. Yükseltgenme ile polimer zinciri üzerinde pozitif yükler oluştuğu için p-tipi dop olma gerçekleşir, eğer polimer zinciri indirgenirse, negatif yüklü zincirden dolayı n-tipi dop olma görülebilir