DASAR ELEKTRONIKA3 SKSTEKNIK ELEKTRO

TEORI SEMIKONDUKTOR

STRUKTUR ATOMModel atom Bohr memperlihatkan elektron mengelilingi inti yang terdiri dari protons and neutrons. Ekor electrons menunjukkan gerakan.

ATOM SILICON DAN GERMANIUM

IKATAN KOVALEN Ilustrasi ikatan kovalen pada silikon

Gambar Ikatan kovalen silikon kristal dalam tiga dimensi

LEVEL ENERGI

Orbit pertama menyatakan level energi pertamaOrbit kedua menyatakan level energi kedua dan seterusnyaMakin tinggi level energi makin besar energi elektron dan makin besar orbitnyaLevel terluar disebut level valensi/pita valensiDi atas pita valensi terdapat pita konduksiOrbit-orbit dalam pita konduksi sangat besar sehingga penarikan inti diabaikanElektron pada pita konduksi bebas bergerak dari satu atom ke atom yang lain (elektron bebas)

Gambar : Diagram pita energi silikon kristal murni dengan atom takterteral Tidak ada elektron dalam pita konduksi

Pada suhu nol mutlak, pita konduksi kosong karena elektron tidak dapat bergerak melalui kristal. Oleh karena itu pada suhu nol mutlak, kristal silikon berlaku sebagai isolator sempurnaJika energi luar seperti panas, cahaya dan radiasi lain membom atom, ini akan dapat mengangkat elektron ke level energi yang lebih tinggi (orbit yang lebih besar). Elektron yang keluar meninggalkan hole dalam orbit terluar

JENIS MATRIALEnergy diagrams for the three types of materials.

Gambar kreasi dari pasangan elektron-hole dalam silikon kristal. Elektron dalam pita konduksi bebas

Elektron menyerap energi panas sehingga energi totalnya bertambah; dengan energi tersebut elektron dapat melepaskan tarikan inti dan pindah ke orbit yang lebih besar.Setelah beberapa saat elektron jatuh kembali ke orbit semula dengan memancarkan energi

Pada suhu kamar, elektron tersebut dapat bebas bergerak atau berpindah-pindah dari satu nucleus ke nucleus lainnya. Jika diberi tegangan potensial listrik, elektron-elektron tersebut dengan mudah berpindah ke arah potensial yang sama. Phenomena ini yang dinamakan sebagai arus listrik.

FIGURE 1-12 Electron-hole pairs in a silicon crystal. Free electrons are being generated continuously while some recombine with holes.

FIGURE 1-13 Electron current in intrinsic silicon is produced by the movement of thermally generated free electrons.

FIGURE 1-14 Hole current in intrinsic silicon.

Dalam semikonduktor ada 2 macam arus yang berbeda yaitu:Arus pita konduksi Arus hole

DoppingPenambahan atom-atom impuritas (non tetravalent) pada kristal untuk menambah jumlah eletron bebas maupun holeJika kristal sudah didop disebut dengan semikonduktor ekstrinsik

FIGURE 1-15 Pentavalent impurity atom in a silicon crystal structure. An antimony (Sb) impurity atom is shown in the center. The extra electron from the Sb atom becomes a free electron.

Kristal yang didop dengan pentavalentAtom pusat mempunyai kelebihjan elektron. Karena orbit valensi tidak dapat memegang lebih dari delapan elektron, elektron sisa ini harus bergerak dalam orbit pita konduksiSilikon yang didop semacam ini dikenal sebagai semikonduktor tipe-n (n=berarti negatif)Atom pentavalen kerapkali disebut donor karena mereka menghasilkan elektron pita konduksi. Contoh arsen, antimon dan posfor

FIGURE 1-16 Trivalent impurity atom in a silicon crystal structure. A boron (B) impurity atom is shown in the center.

Kristal yang didop dengan trivalentKarena tiap atom trivalen hanya membawa tiga elektron orbit valensi, maka hanya tujuh elektron yang berjalan pada orbit valensi.Sebuah hole muncul dalam setiap atom trivalen.Silikon yang didop semacam ini dikenal sebagai semikonduktor tipe-p (p=berarti positif)Atom trivalen juga dikenal sebagai atom akseptor karena tiap hole dapat menerima elektron selama rekombinasi. Contoh alumunium, boron dan gallium