Teori Semikonduktor

 TEORI  SEMIKONDUKTOR 

Teori Atom •

•

Diantara inti dengan elektron-elektron yang mengelilinginya terdapat gaya sentri pugal untuk menjaga keseimbangannya Semakin dekat elektron pada inti maka semakin cepat putaran elektron mengelilingi inti.

Model Atom Bohr  •

3 partikel penyusun atom:  – 

Proton •

 – 

 Neutron (netral) •

 – 

 bermuatan positif  positif  tidak bermuatan

Elektron •

 bermuatan negatif  negatif 

Teori Atom •

•

•

•

lingkaran orbital diidentifikasi dengan huruf K sampai Q orbital terdalam: K  orbit terluar atom disebut valence shell  valence shell (kulit/lapis valensi) Elektron yang berada pada lapis valensi disebut elektron valensi.

Gambaran Atom •

•

 berikut ini adalah gambar atom Germanium Germanium (Ge), Silicon (Si), dan Carbon (C) masing-masing memiliki elektron valensi 4.

•

•

Menurut fisika modern hanya radius tertentu yang (boleh) ada orbit elektronnya  – 

Orbit pertama

:

 – 

Orbit kedua

:

Jika elektron berada pada orbit yang tidak  diijinkan maka orbit elektron tidak akan stabil

TARAF/LEVEL ENERGI •

Tiap elektron membutuhkan energi untuk dapat pindah dari orbit yang satu ke orbit yang lain. Orbit pertama(yang  paling dekat dengan inti) menyatakan level energi pertama,orbit ke dua adalah level energi ke-2 dan seterusnya.makin tinggi level energi,makin besar energi elektron dan makin besar orbitnya

•

•

 jika terdapat energi dari luar seperti  panas,cahaya dan radiasi lain membom membo m atom, maka hal ini akan mengangkat elektron ke level yang lebih tinggi,dalam kondisi ini atom berada di keadaan eksitasi. Dimana kondisi ini tidak akan  berlangsung lama karena elektron akan kembali ke level energi semula dengan melepaskan energi yang di terimanya dalam bentuk panas,cahaya atau radiasi lain.

 LEVEL ENERGI  r3 r2

r1

Orbit ke-3 Orbit ke-2 Orbit ke-1

inti

(Penting untuk sistem kerja peraga fluorescent LED, diada photo dan operasi transistor)

KRISTAL, KOVALEN DAN HOLE  •

•

Jika atom-atom berkombinasi, maka akan membentuk kristal Atom-atom terikat bersama oleh ikatan kovalen (covalent bond)

Energi •

r3

Band (pita) valensi

r2

Pita ke-2

r1

Pita ke-1

•

Terjadinya HOLE

•

Bond (pita-pita) energi pada gabungan atom (kristal) Pada temperatur nol mutlak ( C)

Konduksi (aliran) dalam kristal •

Contoh silikon pada temperatur nol mutlak  logam Si murni

Seperti isolator sempurna

Energi

Energi Pita konduksi

Pita konduksi

Pita ke-3

Pita ke-3

Pita ke-2

Pita ke-2

Pita ke-1

Pita ke-1

(Ada elektron  bebas)

•

•

Si pada suhu kamar kristal bukanlah  bahan pengantar dan bahan baha n konduktor  yang baik Semikonduktor  Antara germanium dan silikon ada  perbedaan diantarnya pada temperatur  kamar Si ber-elektron bebas lebih sedikit

ARUS •

Dalam semikonduktor ada 2 macam arus yaitu:  – 

 – 

Arus pita konduksi (elektron bebas) Arus elektron sepeninggalnya (hole-hole) ENERGI Pita konduksi

Pita valensi F

E

D

C

B

A

Pita konduksi elektron

Orbit lebih tinggi dari orbit +  – 

HOLE

HOLE-HOLE

•

•

Jika elektron yang bebas kembali lagi ke holenya masing-masing, maka disebut REKOMBINASI Kristal silikon/germanium murni disebut semikonduktor intrinsik

•

•

Untuk menambah konduktivitas elektron/hole  pada semikonduktor dapat dapat dilakukan dengan mencampurkan atom non tetravalent, misalnya trivalent atau pentavalent (3 atau 5) Kristal yang baru ini disebut semikonduktor  ekstrinsik dan ekstrinsik  dan pencampurannya disebut doping

Doping •

Ada 2 jenis bahan/elemen yang digunakian untuk doping: trivalent  – 

•

 – 

•

bahan dengan 3 elektron valensi

 pentavalent •

•

 

bahan dengan 5 elektron valensi

Untuk memperoleh semikonduktor lapisan negatif Si atau Ge dapat di doping dengan atom pentavalent, seperti:  – 

Arsenic

 – 

Antimony, atau

 – 

Phosphorrus

Untuk lapisan positif dengan doping atom trivalent, seperti: •

Aluminium

•

Boron, atau galium