PENGERTIAN SEMIKONDUKTOR
Bahan Semikonduktor (Semikonduktor) adalah bahan penghantar listrik yang tidak sebaik Konduktor (conductor) akan tetapi tidak pula seburuk Insulator (Isolator) yang sama sekali tidak menghantarkan arus listrik. Contohnya silikon, germaniu dan galium. Pada dasarnya, kemampuan menghantar listrik Semikonduktor berada diantara Konduktor dan Insulator. Akan tetapi, Semikonduktor berbeda dengan Resistor, karena Semikonduktor dapat dapat menghantarkan listrik atau berfungsi sebagai Konduktor jika diberikan arus listrik tertentu, suhu tertentu dan juga tata cara atau persyaratan tertentu.
PRINSIP KERJA SEMIKONDUKTOR
Pada dasarnya, transistor dan tabung vakum memiliki fungsi yang serupa; keduanya mengatur jumlah aliran arus listrik. Untuk mengerti cara kerja semikonduktor, misalkan sebuah gelas berisi air murni. Jika sepasang konduktor dimasukan kedalamnya, dan diberikan tegangan DC tepat dibawah tegangan elektrolisis (sebelum air berubah menjadi Hidrogen dan Oksigen), tidak akan ada arus mengalir karena air tidak memiliki pembawa muatan (chargecarriers). Sehingga air murni dianggap sebagai isolator . Jika sedikit garam dapur dimasukan ke dalamnya, konduksi arus akan mulai mengalir, karena sejumlah pembawa muatan bebas (mobile carriers, ion) terbentuk. Menaikan konsentrasi garam akan meningkatkan konduksi, namun tidak banyak. Garam dapur sendiri adalah non-konduktor (isolator ), karena pembawa muatanya tidak bebas.
Silikon murni sendiri adalah sebuah isolator, namun jika sedikit pencemar ditambahkan, seperti Arsenik, dengan sebuah proses yang dinamakan doping, dalam jumlah yang cukup kecil sehingga tidak mengacaukan tata letak kristal silikon, Arsenik akan memberikan electron bebas dan hasilnya memungkinkan terjadinya konduksi arus listrik. Ini karena Arsenik memiliki 5 elektron valensi di orbit terluarnya, sedangkan Silikon hanya 4 elektron valensi. Konduksi terjadi karena pembawa muatan bebas telah ditambahkan (oleh kelebihan elektron dari Arsenik). Dalam kasus ini, sebuah Silikon tipe-n (n untuk negatif, karena pembawa muatannya adalah elektron yang bermuatan negatif) telah terbentuk.
Selain dari itu, silikon dapat dicampur dengan Boron untuk membuat semikonduktor tipe-p. Karena Boron hanya memiliki 3 elektron valensi di orbit paling luarnya, pembawa muatan yang baru, dinamakan "lubang" (hole, pembawa muatan positif), akan terbentuk di dalam tata letak kristal silikon.
Dalam tabung hampa, pembawa muatan (elektron) akan dipancarkan oleh emisi thermionic dari sebuah katode yang dipanaskan oleh kawat filamen. Karena itu, tabung hampa tidak bisa membuat pembawa muatan positif (hole).
Dapat disimak bahwa pembawa muatan yang bermuatan sama akan saling tolak-menolak, sehingga tanpa adanya gaya yang lain, pembawa-pembawa muatan ini akan terdistribusi secara merata di dalam materi semikonduktor. Namun di dalam sebuah transistor bipolar (atau diode junction) dimana sebuah semikonduktor tipe-p dan sebuah semikonduktor tipe-n dibuat dalam satu keping silikon, pembawa-pembawa muatan ini cenderung berpindah ke arah sambungan P-N tersebut (perbatasan antara semikonduktor tipe-p dan tipe-n), karena tertarik oleh muatan yang berlawanan dari seberangnya.
Kenaikan dari jumlah pencemar (doping level) akan meningkatkan konduktivitas dari materi semikonduktor, asalkan tata-letak kristal silikon tetap dipertahankan. Dalam sebuah transistor bipolar, daerah terminal emiter memiliki jumlah doping yang lebih besar dibandingkan dengan terminal basis. Rasio perbandingan antara doping emiter dan basis adalah satu dari banyak faktor yang menentukan sifat penguatan arus (current gain) dari transistor tersebut.
Jumlah doping yang diperlukan sebuah semikonduktor adalah sangat kecil, dalam ukuran satu berbanding seratus juta, dan ini menjadi kunci dalam keberhasilan semikonduktor. Dalam sebuah metal, populasi pembawa muatan adalah sangat tinggi; satu pembawa muatan untuk setiap atom.
SUSUNAN ATOM SEMIKONDUKTOR
Elemen terkecil dari suatu bahan yang masih memiliki sifat-sifat kimia dan fisika yang sama adalah atom. Suatu atom terdiri atas tiga partikel dasar, yaitu: neutron, proton, dan elektron. Dalam struktur atom, proton dan neutron membentuk inti atom yang bermuatan positip dan sedangkan elektron-elektron yang bermuatan negatip mengelilingi inti. Elektron-elektron ini tersusun berlapis-lapis. Struktur atom dengan model Bohr dari bahan semikonduktor yang paling banyak digunakan adalah silikon dan germanium.
description: http://1.bp.blogspot.com/-cm6s0zncipu/tz1dyxdgazi/aaaaaaaaao8/-zi-xzq3pua/s320/semikonduktor%2bwww%2bsutondo%2bco%2bcc.jpg
Seperti ditunjukkan pada gambar 1, atom silikon mempunyai elektron yang mengorbit (yang mengelilingi inti) sebanyak 14 dan atom germanium mempunyai 32 elektron. Pada atom yang seimbang (netral) jumlah elektron dalam orbit sama dengan jumlah proton dalam inti. Muatan listrik sebuah elektron adalah: - 1.602-19 C dan muatan sebuah proton adalah: + 1.602-19 C.
Elektron yang menempati lapisan terluar disebut sebagai elektron valensi. Atom silikon dan germanium masing mempunyai empat elektron valensi. Oleh karena itu baik atom silikon maupun atom germanium disebut juga dengan atom tetra-valent (bervalensi empat). Empat elektron valensi tersebut terikat dalam struktur kisi-kisi, sehingga setiap elektron valensi akan membentuk ikatan kovalen dengan elektron valensi dari atom-atom yang bersebelahan. Struktur kisi-kisi kristal silikon murni dapat digambarkan secara dua dimensi pada Gambar 2 guna memudahkan pembahasan.
DOPING SEMIKONDUKTOR
Sebenarnya banyak bahan-bahan dasar yang dapat digolongkan sebagai bahan Semikonduktor, tetapi yang paling sering digunakan untuk bahan dasar komponen elektronika hanya beberapa jenis saja, bahan-bahan Semikonduktor tersebut diantaranya adalah Silicon, Selenium, Germanium dan Metal Oxides. Untuk memproses bahan-bahan Semikonduktor tersebut menjadi komponen elektronika, perlu dilakukan proses “Doping” yaitu proses untuk menambahkan ketidakmurnian (Impurity) pada Semikonduktor yang murni (semikonduktor Intrinsik) sehingga dapat merubah sifat atau karakteristik kelistrikannya. Penambahan doping tersebut dimaksudkan untuk menambah konduktivitas listrik material semikonduktor. Beberapa bahan yang digunakan untuk menambahkan ketidakmurnian semikonduktor antara lain adalah Arsenic, Indium dan Antimony. Bahan-bahan tersebut sering disebut dengan “Dopant”, sedangkan Semikonduktor yang telah melalui proses “Doping” disebut dengan Semikonduktor Ekstrinsik.
Perbedaan jumlah elektron elektron antara doping material (dopan) dan elektron dalam semikonduktor murni dapat menghasilkan negatif (semikonduktor tipe n) atau positif (semikonduktor tipe p) pembawa sifat listrik. Dopan disebut atom akseptor apabila menerima elektron dari atom semikonduktor. Sedangkan dopan disebut donor apabila menyumbangkan elektron ke atom semikonduktor. Misalkan atom Si yang memiliki 4 buah elektron valensi, dua pasang elektron tersebut akan membentuk ikatan kovalen. Untuk menghasilkan semikonduktor tipe n, dibutuhkan atom yang memiliki lebih banyak elektron. Misal atom phosporus (P) yang memiliki elektron valensi 5 buah. Atom P tersebut apabila di dopingkan ke dalam semikonduktor Si akan memberikan elektron ekstra, sehingga elektron tersebut akan membuat semikonduktor tipe n. Sedangkan untuk menghasilkan semikonduktor tipe p, dibutuhkan atom dengan jumlah elektron kurang dari elektron yang dimiliki semikonduktor Si. Misal atom aluminium (Al) yang memiliki elektron valensi 3 buah. Atom Al yang didopingkan ke dalam semikonduktor Si akan berikatan dengan 3 buah atom Al, artinya ada sebuah elektron dari Si yang tidak berpasangan dengan Al. Maka Semikonduktor tersebut memiliki hole yang bertindak sebagai penghasil sifat listrik. Dengan kata lain semikonduktor menjadi bertipe p.
BAHAN DASAR SEMIKONDUKTOR
a. Persiapan bahan semikonduktor
Semikonduktor dengan properti elektronik yang dapat diprediksi dan handal diperlukan untuk produksi massa. Tingkat kemurnian kimia yang diperlukan sangat tinggi karena adanya ketidaksempurnaan, bahkan dalam proporsi sangat kecil dapat memiliki efek besar pada properti dari material. Kristal dengan tingkat kesempurnaan yang tinggi juga diperlukan, karena kesalahan dalam struktur kristal (seperti di slokasi, kembaran, dan retak tumpukan) menganggu properti semikonduktivitas dari material. Retakan kristal merupakan penyebab utama rusaknya perangkat semikonduktor. Semakin besar kristal, semakin sulit mencapai kesempurnaan yang diperlukan. Proses produksi massa saat ini menggunakan ingot (bahan dasar) kristal dengan diameter antara 4 – 12 inci (± 30 cm) yang ditumbuhkan sebagai silinder kemudian di iris menjadi wafer .
Karena diperlukannya tingkat kemurnian kimia dan kesempurnaan struktur kristal untuk membuat perangkat semikonduktor, metode khusus telah dikembangkan untuk memproduksi bahan semikonduktor awal. Sebuah teknik untuk mencapai kemurnian tinggi termasuk pertumbuhan kristal menggunakan proses Czochralski. Langkah tambahan yang dapat digunakan untuk lebih meningkatkan kemurnian dikenal sebagai perbaikan zona. Dalam perbaikan zona, sebagian dari kristal padat dicairkan. Impuritas cenderung berkonsentrasi di daerah yang dicairkan, sedangkan material yang diinginkan mengkristal kembali sehingga menghasilkan bahan lebih murni dan kristal dengan lebih sedikit kesalahan.
MACAM MACAM SEMIKONDUKTOR
No
Nama Semikonduktor
Penggunaannya
1
Barium Titinate (Ba Ti)
Termistor (PTC)
2
Bismut Telurida (Bi2 Te3)
Konversi termo elektrik
3
Cadmium sulfide (Cd S)
Sel Fotokonduktif
4
Gallium arsenide (Ga As)
Dioda, transistor, laser, led, generator gelombang dan Mikro
5
Germanium (Ge)
Diode dan transistor
6
Indium antimonida (In Sb)
Magnetoresistor, piezoresistor detektor dan radiasi inframerah
7
Indium arsenida (In As)
Piezoresistor
8
Silikon (Si)
Diode, transistor dan IC
9
Silikon Carbida (Si Cb)
Varistor
10
Seng Sulfida (Zn S)
Perangkat penerangan elektro
11
Germanium Silikon (Ge Si)
Pembangkitan termoelektrik
12
Selenium (Se)
Rectifier
13
Aluminium Stibium (Al Sb)
Diode penerangan
14
Gallium pospor (Ga P)
Diode penerangan
15
Indium pospor (In P)
Filter inframerah
16
Tembaga Oksida
Rectifier
17
Plumbun Sulfur (Pb S)
Foto sel
18
Plumbun Selenium (Pb Se)
Foto sel
19
Indium Stibium (In Sb)
Detektor inframerah, filter inframerah dan generator Hall
ALAT SEMIKONDUKTOR
Pengertian Transistor
komponen elektronika semikonduktor yang memiliki 3 kaki elektroda, yaitu Basis (Dasar), Kolektor (Pengumpul) dan Emitor (Pemancar). Komponen ini berfungsi sebagai penguat, pemutus dan penyambung (switching), stabilitasi tegangan, modulasi sinyal dan masih banyak lagi fungsi lainnya. Selain itu, transistor juga dapat digunakan sebagai kran listrik sehingga dapat mengalirkan listrik dengan sangat akurat dan sumber listriknya.
hasil gambar untuk transistor semiconductor
Gambar Transitor
Pengertian Dioda adalah komponen aktif yang memiliki dua kutub dan bersifat semikonduktor. Dioda juga bisa dialiri arus listrik ke satu arah dan menghambat arus dari arah sebaliknya. Dioda sebenarnya tidak memiliki karakter yang sempurna, melainkan memiliki karakter yang berhubungan dengan arus dan tegangan komplek yang tidak linier dan seringkali tergantung pada teknologi yang digunakan serta parameter penggunaannya.
hasil gambar untuk dioda semikonduktor
Gambar Dioda
Mikroprosesor adalah sebuah IC (Integrated Circuit) yang digunakan sebagai otak/pengolah utama dalam sebuah sistem komputer.
hasil gambar untuk mikroprosesor semikonduktor
Gambar Mikroprosesor
Thermistor (Inggris: thermistor) adalah alat atau komponen atau sensor elektronikayang dipakai untuk mengukur suhu. Prinsip dasar dari termistor adalah perubahan nilai tahanan (atau hambatan atau werstan atau resistance) jika suhu atau temperatur yang mengenai termistor ini berubah. Termistor ini merupakan gabungan antara kata termo (suhu) dan resistor (alat pengukur tahanan).
hasil gambar untuk thermistor
Gambar Thermistor
Sel Surya atau sel photovoltaic, adalah sebuah alat semikonduktor yang terdiri dari sebuah wilayah-besar diode p-n junction, di mana, dalam hadirnya cahaya matahari mampu menciptakan energi listrik yang berguna. Pengubahan ini disebut efek photovoltaic. Bidang riset berhubungan dengan sel surya dikenal sebagai photovoltaics.
gambar terkait
Gambar Sel Surya
Integrated Circuit (IC) adalah suatu komponen elektronik yang dibuat dari bahan semi conductor, dimana IC merupakan gabungan dari beberapa komponen seperti Resistor, Kapasitor, Dioda dan Transistor yang telah terintegrasi menjadi sebuah rangkaian berbentuk chip kecil, IC digunakan untuk beberapa keperluan pembuatan peralatan elektronik agar mudah dirangkai menjadi peralatan yang berukuran relatif kecil.
hasil gambar untuk ic semiconductor
Gambar Interted Circuit ( IC )
JENIS JENIS ATAU KLASIFIKASI SEMIKONDUKTOR
Ada dua jenis semikonduktor, yaitu semikonduktor intrinsik dan semikonduktor ekstrinsik.
Semikonduktor Intrinsik
Semi konduktor intrinsik adalah semikonduktor yang belum mengalami penyisipan oleh atom akseptor atau atom donor. Pada suhu tinggi elektron valensi dapat berpindah menuju pita konduksi, dengan menciptakan hole pada pita valensi. Pengahantar listrik pada semikonduktor adalah elektron dan hole.
http://2.bp.blogspot.com/-xmburwwkprg/uqaojavywhi/aaaaaaaaahw/n6wubhyoi2k/s1600/hf.png
Gb. struktur pita untuk (a). bahan isolator (b). bahan semikonduktor
(c). bahan isolator
Semikonduktor intrinsik merupakan semikonduktor yang terdiri atas satu unsur saja, misalnya Si saja atau Ge saja. Pada kristal semikonduktor Si, 1 atom Si yang memiliki 4 elektron valensi berikatan dengan 4 atom Si lainnya, perhatikan gambar 1.
description: s1
Pada kristal semikonduktor instrinsik Si, sel primitifnya berbentuk kubus. Ikatan yang terjadi antar atom Si yang berdekatan adalah ikatan kovalen. Hal ini disebabkan karena adanya pemakaian 1 buah elektron bersama ( ) oleh dua atom Si yang berdekatan.
Menurut tori pita energi, pada T 0 K pita valensi semikonduktor terisi penuh elektron, sedangkan pita konduksi kosong. Kedua pita tersebut dipisahkan oleh celah energi kecil, yakni dalam rentang 0,18 – 3,7eV. Pada suhu kamar Si dan Ge masing-masing memiliki celah energi 1,11 eV dan 0,66 eV.
Bila mendapat cukup energi, misalnya berasal dari energi panas, elektron dapat melepaskan diri dari ikatan kovalen dan tereksitasi menyebrangi celah energi. Elektron valensi pada atom Ge lebih mudah tereksitasi menjadi elektron bebas daripada elektron valensi pada atom Si, karena celah energi Si lebih besar dari pada celah energi Ge. Elektron ini bebas bergerak diantara atom. Sedangkan tempat kekosongan elektron disebut hole. Dengan demikian dasar pita konduksi dihuni oleh elektron, dan puncak pita valensi dihuni hole. Sekarang, kedua pita terisi sebagian, dan daat menimbulkan arus netto bila dikenakan medan listrik.
description: s2
2. Semikonduktor Ekstrinsik
Semikondutor ekstrinsik merupakan semikonduktor yang memperoleh pengotoran atau penyuntikan (doping) oleh atom asing.
http://4.bp.blogspot.com/-pepouce8ukk/uqapbnmybxi/aaaaaaaaaia/9lfv1u7qlpm/s1600/lh.png
Semikonduktor yang telah terkotori (tidak murni lagi) oleh atom dari jenis lainnya dinamakan semikonduktor ekstrinsik. Proses penambahan atom pengotor pada semikonduktor murni disebut pengotoran (doping). Dengan menambahkan atom pengotor (impurities), struktur pita dan resistivitasnya akan berubah.
Ketidakmurnian dalam semikonduktor dapat menyumbangkan elektron maupun hole dalam pita energi. Dengan demikian, konsentrasi elektron dapat menjadi tidak sama dengan konsentrasi hole, namun masing-masing bergantung pada konsentrasi dan jenis bahan ketidakmurnian.
Dalam aplikasi terkadang hanya diperlukan bahan dengan pembawa muatan elektron saja, atau hole saja. Hal ini dilakukan dengan doping ketidakmurnian ke dalam semikonduktor. Terdapat tiga jenis semikonduktor ekstrinsik yaitu semikonduktor tipe-n, semikonduktor tipe-p, dan semikonduktor paduan.
Semikonduktor Ekstrinsik Tipe-n
Semikonduktor dengan konsentrasi elektron lebih besar dibandingkan konsentrasi hole disebut semikonduktor ekstrinsik tipe-n. Semikonduktor tipe-n menggunakan semikoduktor intrinsik dengan menambahkan atom donor yang berasal dari kelompok V pada susunan berkala, misalnya Ar (arsenic), Sb (Antimony), phosphorus (P). Atom campuran ini akan menempati lokasi atom intrinsik didalam kisi kristal semikonduktor.
description: s3
Konsentrasi elektron pada Si dan Ge dapat dinaikkan dengan proses doping unsur valensi 5. Sisa satu elektron akan menjadi elektron bebas, jika mendapatkan energi yang relatif kecil saja (disebut sebagai energi ionisasi). Elektron ini akan menambah konsentrasi elektron pada pita konduksi. Elektron yang meninggalkan atom pengotor yang menjadi ion disebut dengan elektron ekstrinsik. Keberadan impuriti donor digambarkan dengan keadaan diskrit pada energi gap pada posisi didekat pita konduksi.
Penambahan atom donor telah menambah level energi pada pita konduksi yang berada diatas energi gap sehingga mempermudah elektron untuk menyebrang ke pita konduksi. Pada suhu kamar sebagian besar atom donor terionisasi dan elektronnya tereksitasi ke dalam pita konduksi. Sehingga jumlah elektron bebas (elektron intrinsik dan elektron ekstrinsik) pada semikonduktor tipe-n jauh lebih besar dari pada jumlah hole (hole intrinsik). Oleh sebab itu, elektron di dalam semikonduktor tipe-n disebut pembawa muatan mayoritas, dan hole disebut sebagai pembawa muatan minoritas.
Semikonduktor Ekstrinsik Tipe-p
Semikonduktor tipe-p, dimana konsentrasi lubang lebih tinggi dibandingkan elektron, dapat diperoleh dengan menambahkan atom akseptor. Pada Si dan Ge, atomnya aseptor adalah unsur bervalensi tiga (kelompok III pada susunan berkala) misalnya B (boron), Al (alumunium), atau Ga (galium).
description: s5.png
Karena unsur tersebut hanya memiliki tiga elektron valensi, maka terdapat satu kekosongan untuk membentuk ikatan kovalen dengan atom induknya. Atom tersebut akan mengikat elektron dari pita velensi yang berpindah ke pita konduksi. Dengan penangkapan sebuah elektron tersebut, atom akseptor akan menjadi ion negatip. Atom akseptor akan menempati keadaan energi dalam energi gap di dekat pita valensi.
description: s6.png
Pada semikonduktor tipe-p, atom dari golongan III dalam sistem periodik unsur misalnya Ga, dibubuhkan kedalam kristal semikonduktor intrinsik. Oleh karena galium termasuk golangan III dalam sistem periodik unsur, atom Ga memiliki tiga buah elektron valensi. Akibatnya, dalam berikatan dengan atom silikon di dalam kristal, Ga memerlukan satu elektron lagi untuk berpasangan dengan atom Si. Oleh sebab itu atom Ga mudah menangkap elektron, sehingga disebut akseptor. Jika ini terjadi atom akseptor menjadi kelebihan elektron sehingga menjadi bermuatan negatif. Dalam hal ini dikatakan atom akseptor terionkan. Ion akseptor ini mempunyai muatan tak bebas, oleh karena tak bergerak dibawah medan listrik luar. Ion Si yang elektronnya ditangkap oleh atom akseptor terbentuk menjadi lubang, yang disebut lubang ekstrinsik.
Jelaslah bahwa pada semikonduktor tipe-p, lubang merupakan pembawa muatan yang utama, sehingga disebut pembawa muatan mayoritas. Disini elektron bebas merupakan pembawa muatan minoritas.
Semikonduktor Paduan
Semikonduktor paduan (compound semiconductor) dapat diperoleh dari unsur valensi tiga dan valensi lima (paduan III-V, misalnya GaAs atau GaSb) atau dari unsur valensi dua dan valensi enam (paduan II-VI, misalnya ZnS). Ikatan kimia terbentuk dengan peminjaman elektron oleh unsur dengan velensi lebih tinggi kepada unsur dengan valensi lebih rendah (lihat gambar 1.6). Atom donor pada semikonduktor paduan adalah unsur dengan valensi lebih tinggi dibandingkan dengan unsur yang diganti. Atom akseptor adalah unsur dengan valensi lebih rendah dibandingkan dengan unsur yang diganti (ditempati).
description: s7
BAHANSEMIKONDUKTOR
Bahan Semikonduktor (Tipe-N dan Tipe-P)
Bahan Semikonduktor memiliki dua macam yaitu tipe-n dan tipe-p, perbedaan dari semikonduktor tipe-n dan tipe-p adalah
Semikonduktor Tipe N
Apabila bahan semikonduktor intrinsik (murni) diberi (didoping) dengan bahan bervalensi lain maka diperoleh semikonduktor ekstrinsik. Pada bahan semikonduktor intrinsik, jumlah elektron bebas dan holenya adalah sama. Konduktivitas semikonduktor intrinsik sangat rendah, karena terbatasnya jumlah pembawa muatan yakni hole maupun elektron bebas tersebut. Jika bahan silikon didoping dengan bahan ketidak murnian (impuritas) bervalensi lima (penta-valens), maka diperoleh semikonduktor tipe n. Bahan dopan yang bervalensi lima ini misalnya antimoni, arsenik, dan pospor. Struktur kisi-kisi kristal bahan silikon type n dapat dilihat pada gambar berikut.description: struktur kristal semikonduktor (silikon) tipe n
Struktur Kristal Semikonduktor (Silikon) Tipe N
Karena atom antimoni (Sb) bervalensi lima, maka empat elektron valensi mendapatkan pasangan ikatan kovalen dengan atom silikon sedangkan elektron valensi yang kelima tidak mendapatkan pasangan. Oleh karena itu ikatan elektron kelima ini dengan inti menjadi lemah dan mudah menjadi elektron bebas. Karena setiap atom depan ini menyumbang sebuah elektron, maka atom yang bervalensi lima disebut dengan atom donor. Dan elektron “bebas” sumbangan dari atom dopan inipun dapat dikontrol jumlahnya atau konsentrasinya.
Meskipun bahan silikon type n ini mengandung elektron bebas (pembawa mayoritas) cukup banyak, namun secara keseluruhan kristal ini tetap netral karena jumlah muatan positip pada inti atom masih sama dengan jumlah keseluruhan elektronnya. Pada bahan type n disamping jumlah elektron bebasnya (pembawa mayoritas) meningkat, ternyata jumlah holenya (pembawa minoritas) menurun. Hal ini disebabkan karena dengan bertambahnya jumlah elektron bebas, maka kecepatan hole dan elektron ber-rekombinasi (bergabungnya kembali elektron dengan hole) semakin meningkat. Sehingga jumlah holenya menurun.
Level energi dari elektron bebas sumbangan atom donor dapat digambarkan seperti pada gambar dibawah. Jarak antara pita konduksi dengan level energi donor sangat kecil yaitu 0.05 eV untuk silikon dan 0.01 eV untuk germanium. Oleh karena itu pada suhu ruang saja, maka semua elektron donor sudah bisa mencapai pita konduksi dan menjadi elektron bebas.
description: diagram pita energi semikonduktor tipe n
Diagram Pita Energi Semikonduktor Tipe N
Bahan semikonduktor tipe n dapat dilukiskan seperti pada gambar dibawah. Karena atom-atom donor telah ditinggalkan oleh elektron valensinya (yakni menjadi elektron bebas), maka menjadi ion yang bermuatan positip. Sehingga digambarkan dengan tanda positip. Sedangkan elektron bebasnya menjadi pembawa mayoritas. Dan pembawa minoritasnya berupa hole.
description: bahan semikonduktor tipe n
Bahan Semikonduktor Tipe N
Semikonduktor Tipe P
Apabila bahan semikonduktor murni (intrinsik) didoping dengan bahan impuritas (ketidak-murnian) bervalensi tiga, maka akan diperoleh semikonduktor type p. Bahan dopan yang bervalensi tiga tersebut misalnya boron, galium, dan indium. Struktur kisi-kisi kristal semikonduktor (silikon) type p adalah seperti gambar dibawah.
description: struktur kristal semikonduktor (silikon) tipe p
Struktur Kristal Semikonduktor (Silikon) Tipe P
Karena atom dopan mempunyai tiga elektron valensi, dalam gambar diatas adalah atom Boron (B) , maka hanya tiga ikatan kovalen yang bisa dipenuhi. Sedangkan tempat yang seharusnya membentuk ikatan kovalen keempat menjadi kosong (membentuk hole) dan bisa ditempati oleh elektron valensi lain. Dengan demikian sebuah atom bervalensi tiga akan menyumbangkan sebuah hole. Atom bervalensi tiga (trivalent) disebut juga atom akseptor, karena atom ini siap untuk menerima elektron.
Seperti halnya pada semikonduktor type n, secara keseluruhan kristal semikonduktor type n ini adalah netral. Karena jumlah hole dan elektronnya sama. Pada bahan type p, hole merupakan pembawa muatan mayoritas. Karena dengan penambahan atom dopan akan meningkatkan jumlah hole sebagai pembawa muatan. Sedangkan pembawa minoritasnya adalah elektron.
description: diagram pita energi semikonduktor tipe p
Diagram Pita Energi Semikonduktor Tipe P
Level energi dari hole akseptor dapat dilihat pada gambar diatas. Jarak antara level energi akseptor dengan pita valensi sangat kecil yaitu sekitar 0.01 eV untuk germanium dan 0.05 eV untuk silikon. Dengan demikian hanya dibutuhkan energi yang sangat kecil bagi elektron valensi untuk menempati hole di level energi akseptor. Oleh karena itu pada suhur ruang banyak sekali jumlah hole di pita valensi yang merupakan pembawa muatan.
Bahan semikonduktor tipe p dapat dilukiskan seperti pada gambar dibawah. Karena atom-atom akseptor telah menerima elektron, maka menjadi ion yang bermuatan negatip. Sehingga digambarkan dengan tanda negatip. Pembawa mayoritas berupa hole dan pembawa minoritasnya berupa elektron.
description: bahan semikonduktor tipe p
Bahan Semikonduktor Tipe P
PROSES GENERASI DAN REKOMENDASI SEMIKONDUKTOR
Proses generasi (timbulnya pasangan elektron-lubang per detik per meter kubik)
tergantung pada jenis bahan dan temperatur. Energi yang diperlukan untuk proses
generasi dinyatakan dalam elektron volt atau eV. Energi dalam bentuk temperatur T
dinyatakan dengan kT, dimana k adalah konstanta Boltzmann. Analisa secara statistik
menunjukkan bahwa probabilitas sebuah elektron valensi menjadi elektron bebas adalah
sebanding dengan e eVG kT – / . Jika energi gap eVG berharga kecil dan temperatur T tinggi
maka laju generasi termal akan tinggi.
Pada semikonduktor, elektron atau lubang yang bergerak cenderung
mengadakan rekombinasi dan menghilang. Laju rekombinasi (R), dalam pasangan
elektron-lubang per detik per meter kubik, tergantung pada jumlah muatan yang ada.
Jika hanya ada sedikit elektron dan lubang maka R akan berharga rendah; sebaliknya R
akan berharga tinggi jika tersedia elektron dan lubang dalam jumlah yang banyak.
Sebagai contoh misalnya pada semikonduktor tipe-n, didalamnya hanya tersedia sedikit
lubang tapi terdapat jumlah elektron yang sangat besar sehingga R akan berharga sangat
tinggi. Secara umum dapat dituliskan:
R = r n p
Dimana r menyatakan konstanta proporsionalitas bahan.
Dalam kondisi setimbang, besamya laju generasi adalah sama dengan besarnya
laju rekombinasi
http://www.definisimenurutparaahli.com
http://teknikelektronika.com
