semikonduktor.ppt · ppt file · web view2015-10-07 · penambahan energi termal menyebabkan...
Post on 15-Mar-2019
223 Views
Preview:
TRANSCRIPT
MATERIAL SEMIKONDUKTOR
Suatu bahan di alam ini dapat dibagi menjadi beberapa bagian berdasarkan sifat kelistrikannya yaitu :
Bahan Isolator memiliki harga sekitar 1014 – 1022 .cm
Bahan Semikonduktor memiliki harga sekitar 10-2 – 109 .cm
Bahan Konduktor memiliki harga sekitar 10-5 .cm
PITA-PITA ENERGI UNTUK ZAT PADAT
Semikonduktor
Dalam semikonduktor, celah pita energi (band gap) cukup kecil sehingga dengan energi termal saja sudah dapat mengeksitasi elektron ke pita konduksi
Konduktor
overlap
Level Fermi
Dalam konduktor tidak ada band gap karena pita valensi
dan pita konduksi saling tumpang tindih (overlap)
Energi gap yang lebar antara pita valensi dan pita konduksi pada insulator menggambarkan bahwa elektron sangat sulit mencapai pita konduksi pada temperatur biasa
Insulator
Energy elektron
Bahan semikonduktor banyak digunakan sebagai bahan baku untuk pembuatan komponen elektronik Modern seperti dioda, transistor, kapasitor dsb
Germanium merupakan semikonduktor yang pertama kali dIeksplorasi 1947 untuk aplikasi transistor Silikon sampai saat ini banyak
digunakan untuk bahan pembuatan komponen elektronik dengan
pertimbangan : Bahan cukup melimpah di alam Harga relatif murah Mudah dioksidasi untuk
membentuk bahan isolator SiO2 Semikonduktor Paduan II-VI atau III-V banyak dimanfaatkan untuk aplikasi elektronik maupun optoelektronik
ELEKTRON-ELEKTRON VALENSI
Elektron-elektron dalam kulit terluar sebuah atom disebut elektron-elektron valensi. Elektron-elektron tersebut menentukan sifat dasar reaksi-reaksi kimia atom dan terutama menentukan sifat listrik material padat.
Boron3 elektron
valensi
Silikon4 elektron
valensi
Antimoni5 elektron
valensi
Komponen elektronik pada era sebelum teknologi semikonduktor dimulai telah dibuat dalam bentuk tabung vakum seperti dioda (1904) dan trioda (1906)
Transistor bipolar pertamaTerbuat dari Germanium
Era Teknologi Semikonduktor dimulai tahun 1947 dengan ditemukannya transistor dari bahan Germanium
Transistor bipolar pertama kaliDibuat oleh Bardeen, Shockleydan Brattain
Kristal semikonduktor tersusun dari atom-atom yang letaknya saling berdekatan dan saling berikatan satu sama lain membentuk suatu ikatan yang disebut ikatan kovalen
Gambaran ikatan kovalen atom silikon Pada kondisi nol mutlak. Setiap atom Si menyumbangkan satu elektron untuk tiap pasangan ikatan kovalen
KRISTAL SILIKON
KRISTAL SILIKON PADA KEADAAN DI ATAS NOL KELVIN
Gambaran ikatan kovalen atom Si pada kondisi temperatur tinggi. Penambahan energi termal menyebabkan putusnya ikatan kovalen yang menghasilkan pasanga elektron-hole
ENERGI CELAH PITA (BANDGAP)
Energi celah pita (bandgap) merupakan energi minimum yang dibutuhkan untuk membebaskan elektron dari ikatan kovalen dalam kristal semikon-
duktor
TIPE SEMIKONDUKTOR
Semikonduktor Intrinsik merupakan semikonduktor murni yang belum diberi atom pengotor (impuritas)
Semikonduktor Intrinsik
Kerapatan elektron dalam semikonduktor intrinsik
EG = Energi celah pita semikonduktor dalam eVB = Konstanta Bahan (untuk Si B=1,08 x 1031 K-3 cm-6 T = temperatur (K)k = konstanta Boltzmann 8,62 x 10-5 eV/K
ni 1010 cm-3 untuk silikon pada temperatur kamar
Apabila semikonduktor mendapatkan energi termal, maka hal ini dapat menyebabkan pecahnya ikatan kovalen yang akan menghasilkan elektron bebas Akibat ditinggalkan oleh elektron maka pada pita valensi terdapat kekosongan-kekosongan yang disebut lubang (hole)
hole dapat dianggap sebagai muatan positif yang dapat bergerak ketika kekosongan (lubang) diisi oleh elektron yang berasal dari pecahnya ikatan kovalen atom tetangga terdekat. Pergerakan hole ini disebut arus hole
Pada semikonduktor intrinsik kerapatan hole (p) sama dengan kerapatan elektron (n)
pn = n2
ARUS LISTRIK PADA BAHAN SEMIKONDUKTOR
Elektron dan hole keduanya memberi kontribusi pada aliran arus listrik dalam bahan semikonduktor intrinsik
SEMIKONDUKTOR EKSTRINSIK
Semikonduktor ekstrinsik merupakan semikonduktor murni yang telah diberi atom pengotor (impuritas)
Proses penambahan atom pengotor (impuritas) disebut doping
Dengan proses pendopingan tersebut memungkinkan adanya kontrol terhadap harga resistivitas bahan
Untuk silikon, atom pengotornya diambil dari atom golongan III dan V dalam tabel periodik
DOPING SEMIKONDUKTOR
Penambahan atom-atom impuritas dari golongan yang berbeda dalam kisi kristal silikon atau germanium, akan menghasilkan perubahan dramatis pada sifat-sifat listriknya dan menghasilkan semikonduktor tipe-n dan tipe-p.
+ 51
Antimoni, Arsen, Fosfor
(5 elektron valensi)
Menghasilkan semikonduktor
tipe-n oleh kontribusi
elektron tambahan
+ 5
Boron, Aluminium, Galium(3 elektron valensi)Menghasilkan semikonduktor tipe-p oleh pembentukan hole atau kekosongan elektron
Apabila atom pengotor dapat menyumbangkan elektron pada semikonduktor murni maka pengotor tersebut disebut atom donor
sebagai atom donor pada Si diambil dari golongan V seperti fosfor
Atom fosfor memiliki elektron valensi 5, sehingga ketika membentuk ikatan dengan atom Si maka akan menyumbangkan satu elektron Tipe
semikonduktor ekstrinsik ini adalah tipe-n
Apabila atom pengotor memerlukan elektron tambahan agar dapat berikatan dengan atom semikonduktor murni,maka pengotor tersebut disebut atom aseptor
sebagai atom aseptor pada Si diambil dari golongan III seperti Boron
Atom Boron memiliki elektron valensi 3, sehingga ketika membentuk ikatan dengan atom Si maka akan menyumbangkan satu hole Tipe semikonduktor ekstrinsik ini adalah tipe-p
MODEL ENERGI PITA PADA SEMIKONDUKTOR EKSTRINSIK
Semikonduktor yang telah didoping atom donor
Atom donor memiliki elektron bebas dengan energi ED yang relatif kecil, sehingga memudahkan perpindahan Elektron dari atom donor ke pita konduksi
Semikonduktor yang telah didoping atom aseptor
Ikatan yang terbentuk antara atom aseptor dengan semikonduktor murni akan menghasilkan kekosongan dengan energi EA, Keadaan tersebut akan memudahkan pindahnya elektron dari pita valensi ke tingkat keadaan aseptor
TIPE ARUS LISTRIK DALAM SEMIKONDUKTORARUS HANYUT
(DRIFT) Ketika semikonduktor diberi medan
listrik, maka partikel-partikel bermuatan akan bergerak atau hanyut (drift) yang disebut arus hanyut (arus drift) Laju drift dari partikel bermuatan tersebut berbanding lurus dengan medan listrik E
dan
vn dan vp adalah laju dari elektron dan hole (cm/s)
n dan p adalah mobilitas dari elektron dan hole (cm2/V.s)
Rapat arus drift
jn = qn n E (A/cm2)jp = qp p E (A/cm2) jT = jn + jp = q(n n + p p)E= EKonduktivitas =q(n n + p p) (1/.cm) Resistivitas = 1/ (.cm)
ARUS DIFUSI Arus Difusi terjadi akibat adanya
perbedaan konsentrasi muatan pembawa Arus Difusi mengalir dari daerah yang memiliki konsentrasi muatan tinggi ke daerah yang konsentrasi muatannya rendah Arus difusi sebanding dengan gradien
konsentrasi
Konstanta DP dan Dn adalah konstanta difusivitas dari hole dan elektron
ARUS TOTAL DALAM SEMIKONDUKTOR
Arus total dalam semikonduktor adalah penjumlahan dari arus drift dan arus difusi
PEMBENTUKAN SEMIKONDUKTOR SAMBUNGAN pn
Semikonduktor Silikon yang didoping fosfor akan menyebabkan konsentrasi elektronnya meningkat (tipe-n)
elektron
Atom Donor
Semikonduktor silikon yang didoping Boron akan menyebabkan konsentrasi holenya meningkat (tipe-p)
hole
Atom aseptor
Pembentukan sambungan pn dapat dilakukan dengan menggabungkan semikonduktor tipe-p dengan tipe-n
Tipe-n dengan konsentrasiAtom donor ND
Tipe-p dengan konsentrasi atom aseptor NA
holeelektron
Karena adanya perbedaan konsentrasi maka: elektron akan berdifusi dari tipe-n ke tipe-p hole akan berdifusi dari tipe-p ke tipe-n
Ketika elektron bertemu dengan hole maka elektron akan mengisi hole
Daerah pertemuan elektron dengan hole akan menjadi daerah muatan ruang (lapisan deplesi)
Dalam daerah muatan ruang tersebut akan terbentuk medan listrik E
Daerah muatan positif
Daerah muatan negatif
E
E
top related