✔ Mengenal Semikonduktor

Mengenal Semikonduktor yaitu materi yang sifat-sifat kelistrikannya terletak antara sifat-sifat konduktor dan isolator. Sifat-sifat kelistrikan konduktor maupun isolator tidak gampang berubah oleh efek temperatur, cahaya atau medan magnet,

tetapi pada semikonduktor sifat-sifat tersebut sangat sensitive. Dalam mempelajari elektro kita mengenal semikonduktor tipe P dan semikonduktor tipe N. Kedua jenis semikonduktor tersebut merupakan materi dari pembuatan komponen semikonduktor menyerupai dioda dan transistor. semikonduktor tipe P dan tipe N tersebut sanggup dibentuk memakai materi silikon dan germanium. Oleh lantaran itu perlu kita ketahui ihwal teori atom untuk memahami asal dari semikonduktor tersebut.

Teori Atom

Elemen terkecil dari suatu materi yang masih mempunyai sifat-sifat kimia dan fisika yang sama yaitu 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, sedangkan elektron-elektron yang bermuatan negatip mengelilingi inti. Elektron-elektron ini tersusun berlapis-lapis. Struktur atom dengan model Bohr dari materi semikonduktor yang paling banyak dipakai yaitu silikon dan germanium.

Seperti ditunjukkan pada gambar dibawah atom silikon mempunyai elektron yang mengorbit (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.

Struktur Atom Silikon Dan Germanium

Elektron yang menempati lapisan terluar disebut sebagai elektron valensi. Atom silikon dan germanium masing mempunyai empat elektron valensi. Oleh lantaran 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 sanggup digambarkan secara dua dimensi.

Struktur Kristal Silikon dengan Ikatan Kovalen

Meskipun terikat dengan berpengaruh dalam struktur kristal, namun sanggup saja elektron valensi tersebut keluar dari ikatan kovalen menuju tempat konduksi apabila diberikan energi panas. Bila energi panas tersebut cukup berpengaruh untuk memisahkan elektron dari ikatan kovalen maka elektron tersebut menjadi bebas atau disebut dengan elektron bebas. Pada suhu ruang terdapat kurang lebih 1.5 x 1010 elektron bebas dalam 1 cm3 materi silikon murni (intrinsik) dan 2.5 x 1013 elektron bebas pada germanium. Semakin besar energi panas yang diberikan semakin banyak jumlah elektron bebas yang keluar dari ikatan kovalen, dengan kata lain konduktivitas materi meningkat.

Semikonduktor Tipe N

Apabila materi semikonduktor intrinsik (murni) diberi (didoping) dengan materi bervalensi lain maka diperoleh semikonduktor ekstrinsik. Pada materi semikonduktor intrinsik, jumlah elektron bebas dan holenya yaitu sama. Konduktivitas semikonduktor intrinsik sangat rendah, lantaran terbatasnya jumlah pembawa muatan yakni hole maupun elektron bebas tersebut. Jika materi silikon didoping dengan materi ketidak murnian (impuritas) bervalensi lima (penta-valens), maka diperoleh semikonduktor tipe n. Bahan dopan yang bervalensi lima ini contohnya antimoni, arsenik, dan pospor. Struktur kisi-kisi kristal materi silikon type n sanggup dilihat pada gambar berikut.

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 lantaran itu ikatan elektron kelima ini dengan inti menjadi lemah dan gampang menjadi elektron bebas. Karena setiap atom depan ini menyumbang sebuah elektron, maka atom yang bervalensi lima disebut dengan atom donor. Dan elektron “bebas” tunjangan dari atom dopan inipun sanggup dikontrol jumlahnya atau konsentrasinya.

Meskipun materi silikon type n ini mengandung elektron bebas (pembawa mayoritas) cukup banyak, namun secara keseluruhan kristal ini tetap netral lantaran jumlah muatan positip pada inti atom masih sama dengan jumlah keseluruhan elektronnya. Pada materi type n disamping jumlah elektron bebasnya (pembawa mayoritas) meningkat, ternyata jumlah holenya (pembawa minoritas) menurun. Hal ini disebabkan lantaran 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 tunjangan atom donor sanggup digambarkan menyerupai 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 lantaran itu pada suhu ruang saja, maka semua elektron donor sudah sanggup mencapai pita konduksi dan menjadi elektron bebas.

Diagram Pita Energi Semikonduktor Tipe N

Bahan semikonduktor tipe n sanggup dilukiskan menyerupai 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.

Semikonduktor Tipe P

Apabila materi semikonduktor murni (intrinsik) didoping dengan materi impuritas (ketidak-murnian) bervalensi tiga, maka akan diperoleh semikonduktor type p. Bahan dopan yang bervalensi tiga tersebut contohnya boron, galium, dan indium. Struktur kisi-kisi kristal semikonduktor (silikon) type p yaitu menyerupai gambar dibawah.

Struktur Kristal Semikonduktor (Silikon) Tipe P

Karena atom dopan mempunyai tiga elektron valensi, dalam gambar diatas yaitu atom Boron (B) , maka hanya tiga ikatan kovalen yang sanggup dipenuhi. Sedangkan tempat yang seharusnya membentuk ikatan kovalen keempat menjadi kosong (membentuk hole) dan sanggup ditempati oleh elektron valensi lain. Dengan demikian sebuah atom bervalensi tiga akan menyumbangkan sebuah hole. Atom bervalensi tiga (trivalent) disebut juga atom akseptor, lantaran atom ini siap untuk mendapatkan elektron.

Seperti halnya pada semikonduktor type n, secara keseluruhan kristal semikonduktor type n ini yaitu netral. Karena jumlah hole dan elektronnya sama. Pada materi type p, hole merupakan pembawa muatan mayoritas. Karena dengan penambahan atom dopan akan meningkatkan jumlah hole sebagai pembawa muatan. Sedangkan pembawa minoritasnya yaitu elektron.

Diagram Pita Energi Semikonduktor Tipe P

Level energi dari hole penerima sanggup dilihat pada gambar diatas. Jarak antara level energi penerima dengan pita valensi sangat kecil yaitu sekitar 0.01 eV untuk germanium dan 0.05 eV untuk silikon. Dengan demikian hanya diharapkan energi yang sangat kecil bagi elektron valensi untuk menempati hole di level energi akseptor. Oleh lantaran itu pada suhur ruang aneka macam jumlah hole di pita valensi yang merupakan pembawa muatan.

Bahan semikonduktor tipe p sanggup dilukiskan menyerupai pada gambar dibawah. Karena atom-atom penerima telah mendapatkan elektron, maka menjadi ion yang bermuatan negatip. Sehingga digambarkan dengan tanda negatip. Pembawa secara umum dikuasai berupa hole dan pembawa minoritasnya berupa elektron.

Bagikan Artikel ini