unit 1 & 2

PERANTI SEMIKONDUKTOR

(EE201)

UNIT 1: SEPARUH PENGALIR

By Nik Izudin B. Nik Ramli PTSB

2

BAB A

(BAHAN – N DAN BAHAN – P)

SEPARUH SEPARUH PENGALIRPENGALIR

3

Objektif

1.1. Struktur asas bagi atomStruktur asas bagi atom

2.2. Struktur atom bahan Struktur atom bahan mempengaruhi pengaliran.mempengaruhi pengaliran.

3.3. Ciri-ciri dan sifat elektrik Ciri-ciri dan sifat elektrik separuh pengalir.separuh pengalir.

4.4. Bagaimana bahan separuh Bagaimana bahan separuh pengalir jenis-N dan jenis-P pengalir jenis-N dan jenis-P dihasilkan.dihasilkan.

4

OBJEKTIF PERTAMA:-OBJEKTIF PERTAMA:-

Struktur asas Struktur asas bagi atombagi atom

5

Struktur JirimStruktur Jirim

Jirim terdiri Jirim terdiri daripada daripada atom.atom.

Setiap atom terdiri daripadaSetiap atom terdiri daripada

i. i. protonproton

ii.ii. elektronelektron

iii.iii. NeutronNeutron

6


Sifat-sifat elektron,proton dan neutron:-Sifat-sifat elektron,proton dan neutron:-i.i. ElektronElektron

-- Elektron merupakan zarah-zarah Elektron merupakan zarah-zarah yang paling ringan dan terkecil.yang paling ringan dan terkecil.

-- Setiap elektron mempunyai cas Setiap elektron mempunyai cas negatif yang sama besar.negatif yang sama besar.

-- Sentiasa bergerak dengan Sentiasa bergerak dengan kelajuan kelajuan yang tinggi mengelilingi yang tinggi mengelilingi neukleusneukleus

7


Sifat-sifat elektron,proton dan neutron:-Sifat-sifat elektron,proton dan neutron:-

ii.ii. Proton - Proton -

-- Proton dianggarkan sebanyak Proton dianggarkan sebanyak 1800 1800 kali lebih besar daripada kali lebih besar daripada elektronelektron

-- Membawa cas positif yang Membawa cas positif yang sama sama besarbesar

8


Sifat-sifat elektron,proton dan Sifat-sifat elektron,proton dan neutron:-neutron:-

iii.iii. Neutron - Neutron - Jisim sesuatu neutron lebih kurang Jisim sesuatu neutron lebih kurang

sama dengan jisim sesuatu protonsama dengan jisim sesuatu proton Tiada membawa sebarang casTiada membawa sebarang cas Bercas neutralBercas neutral

9

Struktur AtomStruktur Atom

NukleusAwan elektron+

+ +

10

Struktur Atom HidrogenStruktur Atom Hidrogen

Mengandungi 1 proton sahaja

+proton

elektron

11

Nukleus atom:-Nukleus atom:- karbon – 6 proton dan 6 neutronkarbon – 6 proton dan 6 neutron

Kuprum – 29 proton, 29 neutronKuprum – 29 proton, 29 neutron

Aluminium – 13 proton, 13 neutronAluminium – 13 proton, 13 neutron

Silikon – 14 proton, 14 neutronSilikon – 14 proton, 14 neutron

Germanium – 32 proton, 32 neutronGermanium – 32 proton, 32 neutron

Struktur Atom yang lain

12


DDalam atom terdapat maksima alam atom terdapat maksima 7 lapisan orbit (petala)7 lapisan orbit (petala)

SSetiap lapisan dikenali sebagai etiap lapisan dikenali sebagai lapisan K,L,M,N,O,P dan Qlapisan K,L,M,N,O,P dan Q

BBil. Maksima elektron dalam il. Maksima elektron dalam satu orbit ditentukan oleh satu orbit ditentukan oleh rumus:rumus:

2 x n²

n ialah nombor kedudukan lapisan

13

Bil. Mak. bagi setiap lapisan ialah:Bil. Mak. bagi setiap lapisan ialah:Lapisan K (1)Lapisan K (1) : 2n x 1: 2n x 1²²= = 22

Lapisan L (2)Lapisan L (2) : 2n x 2: 2n x 2²²= = 88

Lapisan M (3)Lapisan M (3) : 2n x 3: 2n x 3²²= = 1818

Lapisan N (4)Lapisan N (4) : 2n x 4: 2n x 4²²= = 3232

Lapisan O (5)Lapisan O (5) : 2n x 5: 2n x 5²²= = 5050

Lapisan P (6)Lapisan P (6) : 2n x 6: 2n x 6²²= = 7272

Lapisan Q (7)Lapisan Q (7) : 2n x 7: 2n x 7²²= = 9898

Kaedah menentukan bil. elektron pada setiap

lapisan

14

Contoh Struktur AtomContoh Struktur Atom

+13 2 + 8 + 3 = 13

Lapisan K = 2 elektron

Lapisan L = 8 elektron

Lapisan M = 3 elektron

Aluminium = 13 elektron

15


Lapisan paling luar bagi sesuatu atom – lapisan valens

Lapisan ini tidak lebih drp. 8 elektron valens

Elektron pada lapisan ini – elektron valens

Bilangan elektron valens menentukan sifat elektrik sesuatu bahan

16


Atom trivalen.

Mempunyai 3 elektron valensi

Contoh :-

Indium, Boron dan Aluminium

17


Atom Pentavalen.

Mempunyai 5 elektron valensi

Contoh :-

Antimoni (Sb), arsenik (As)

18


Atom neutral :-

Jumlah bilangan proton pada nukleusnya sama dengan jumlah elektron pada awan elektron.

19

OBJEKTIF KEDUA :-OBJEKTIF KEDUA :-

Struktur atom bahan Struktur atom bahan mempengaruhi mempengaruhi

pengaliran.pengaliran.

20

Bahan yang Bahan yang membenarkan pengaliran membenarkan pengaliran

cascas /arus yang banyak /arus yang banyak apabila sumber voltan apabila sumber voltan bagi magnitud tertentu bagi magnitud tertentu dikenakan di antara 2 dikenakan di antara 2

terminalterminal

i.i. PengalirPengalir

21

1. Boleh mengalirkan arus elektrik

2. Rintangan rendah – arus mudah mengalir

3. Atomnya lebih cenderung melepaskan elektron valensnya

4. Menjadi elektron-elektron yang bebas bergerak dari satu atom ke atom yang lain.

Mempunyai 1 – 3 elektron valens

ii. Ciri-ciri Pengalir

22

Bahan yang Bahan yang tidak tidak membenarkanmembenarkan sebarang sebarang pengaliran aruspengaliran arus melaluinyamelaluinya

ii.ii. PenebatPenebat

23

1. Tidak boleh mengalir arus elektrik2. Mempunyai kerintangan yang tinggi3. Atomnya menerima elektron valens

dari atom yang lain bagi memenuhkan lapisan valens dan menjadikan ia sbg atom stabil & mampu hindar dr. sebarang aktiviti elektrik @ kimia

Mempunyai 5 – 8 elektron valens

ii. Ciri-ciri Penebat

24

iii.iii. SemikonduktorSemikonduktor

Bahan yang mempunyai Bahan yang mempunyai aras aras keberalirankeberaliran di antara lampau di antara lampau penebat dan pengalirpenebat dan pengalir

25

Mempunyai 4 elektron valensMempunyai 4 elektron valens

iii.iii. Semikonduktor Semikonduktor

1. Keadaannya adalah perantaraan pengalir dan penebat

2. Tidak mudah untuk membuang / menerima elektron valens daripada atom yang lain

iii. Ciri-ciri Semikonduktor

26

Silikon dan Germanium sebagaiSilikon dan Germanium sebagaicontoh Separuh Pengalircontoh Separuh Pengalir

1432

Lapisan (M) – Lapisan Valens = 4

Lapisan (N) – Lapisan Valens = 4

Lapisan (K) = 2 x 1 = 2

Lapisan (L)

2 x 4 = 8

Lapisan (M)

2 x 9 = 18

No. atom Germanium = 32

2 + 8 + 18 + 4 = 32No.atom silikon = 14

2 + 8 + 4 = 14

27

Ikatan KovalenIkatan Kovalen

Perkongsian Perkongsian elektron valens elektron valens sesuatu atom sesuatu atom dengan elektron dengan elektron valens atom valens atom jirannya untuk jirannya untuk membuatkan satu-membuatkan satu-satu atom itu satu atom itu berada dalam berada dalam keadaan stabil keadaan stabil

Si Si

Si Si Si

Si

Si Si Si

Rajah ikatan kovalen

Elektron bebas & holElektron bebas & hol Faktor menyebabkan ikatan kovelan Faktor menyebabkan ikatan kovelan

tergangguterganggu Kenaikan Suhu, haba, beza upaya, proses Kenaikan Suhu, haba, beza upaya, proses

resapanresapan Elektron akan terbebas jika ikatan kovelan Elektron akan terbebas jika ikatan kovelan

tergganggu, maka wujud ruang kosong tergganggu, maka wujud ruang kosong ((HolHol).).

Elektron bebas Elektron bebas dikenali sebagai ‘dikenali sebagai ‘Pembawa Pembawa Arus NegatifArus Negatif’.’.

Hol bercas positif, jadi ia disebut sebagai Hol bercas positif, jadi ia disebut sebagai ‘‘Pembawa Arus PositifPembawa Arus Positif

Elektron terbebasElektron terbebas

29

Semikonduktor intrinsikSemikonduktor intrinsik

semikonduktor tulin semikonduktor tulin tidak mengandungi unsur asingtidak mengandungi unsur asing Contohnya seperti hablur Gemanium Contohnya seperti hablur Gemanium

dan Silikon.dan Silikon. tidak mempunyai sebarang tidak mempunyai sebarang

keistimewaan.keistimewaan.

Semikonduktor Semikonduktor EkstrinsikEkstrinsik

Bahan semikonduktor tulin Bahan semikonduktor tulin dicampurkan dengan bahan asingdicampurkan dengan bahan asing

Proses ini dikenali sebagai ‘Proses ini dikenali sebagai ‘Proses Proses serapanserapan’’. Iaitu proses . Iaitu proses memperbanyakkan salah satu memperbanyakkan salah satu pembawa arus pembawa arus (elektron bebas atau (elektron bebas atau hol) dalam semikonduktor .hol) dalam semikonduktor .

Bendasing yang digunakan ialah Bendasing yang digunakan ialah TrivalensTrivalens atau atau PentavalensPentavalens

Cont:Cont:

Contoh bendasing Trivalens ialah Contoh bendasing Trivalens ialah Aluminium, Boron, Galium dan IndiumAluminium, Boron, Galium dan Indium

Contoh bendasing PentavalensContoh bendasing Pentavalens Antimoni, Arsenik dan FosforusAntimoni, Arsenik dan Fosforus

Contoh komponen yang Contoh komponen yang menggunakan semikonduktor menggunakan semikonduktor ekstrinsikekstrinsik diod, transistor, litar bersepadudiod, transistor, litar bersepadu

33

CIRI-CIRICIRI-CIRI SEPARUH SEPARUH PENGALIR PENGALIR

JENIS – N JENIS – N DAN DAN

JENIS –JENIS – P P

34

Kejadian yang berlaku Kejadian yang berlaku ketika simpang dibentukketika simpang dibentuk

Bahan N

Bahan P

Rajah 5

Ciri-ciri simpang P-Ciri-ciri simpang P-NN

35

Kawasan Kesusutan

Voltan Sawari. Germanium =

0.3V

ii. Silikon = 0.7V

Benda N Benda P

Rajah 6


36


Elektron dalam bahan N Elektron dalam bahan N tertarik untuk mengisi hol-tertarik untuk mengisi hol-hol dalam bahan Jenis Phol dalam bahan Jenis P

Berlaku penyeberangan Berlaku penyeberangan elektron-elektron dari bahan elektron-elektron dari bahan jenis N ke bahan jenis Pjenis N ke bahan jenis P


37


Kombinasi elektron-hol ini Kombinasi elektron-hol ini membuatkan atom-atom membuatkan atom-atom berdekatan cantuman berdekatan cantuman menjadi neutral.menjadi neutral.

Selepas beberapa ketika Selepas beberapa ketika wujud suatu kawasan yang wujud suatu kawasan yang tidak lagi mempunyai tidak lagi mempunyai pembawa-pembawa arus.pembawa-pembawa arus.


38


Penyeberangan elektron Penyeberangan elektron akan terhenti.akan terhenti.

Kawasan yang wujud itu Kawasan yang wujud itu dikenali sebagai Kawasan dikenali sebagai Kawasan Kesusutan.Kesusutan.


39


Terdapat sedikit kerintangan Terdapat sedikit kerintangan di antara 2 bahan yang di antara 2 bahan yang bercantum akibat bercantum akibat terbentuknya kawasan terbentuknya kawasan kesusutan kesusutan

Nilai kerintangannya kecil Nilai kerintangannya kecil sahajasahaja


40


Juga terdapat beza upaya di Juga terdapat beza upaya di antara 2 bahan itu - yang antara 2 bahan itu - yang dikenali sebagaidikenali sebagai Voltan Voltan SawarSawar..

Voltan sawar bagi :-Voltan sawar bagi :-- - Germanium = Germanium =

0.3V0.3V- - Silikon Silikon = =

0.7V0.7V


41

1. VOLTAN PINCANG

Takrifan :-

Voltan yang dibekalkan merentasi simpang P – N

Terdapat 2 jenis pincang :-

i. Pincang Hadapan

ii. Pincang Songsang

42

i.i. Pincang Pincang HadapanHadapan

Takrifan :-Takrifan :-

Punca negatif disambung Punca negatif disambung ke bahan jenis N dan ke bahan jenis N dan

Punca Positif disambung Punca Positif disambung ke bahan jenis Pke bahan jenis P

1. VOLTAN PINCANG

43

i. Kawasan Kesusutan menjadi sempit.

ii. Kerintangan rendahiii. Arus dapat mengalir melaluinya

BENDA N

Rajah 7

BENDA P

i. Pincang Hadapan

1. VOLTAN PINCANG

44

Takrifan :-Takrifan :-

Bahan jenis N mendapat Bahan jenis N mendapat bekalan voltan +ve dan bekalan voltan +ve dan Bahan jenis P mendapat Bahan jenis P mendapat voltan – ve voltan – ve

i. Pincang Hadapan

1. VOLTAN PINCANG

45

i. Kawasan Kesusutan menjadi luas.ii. Kerintangan menjadi tinggiiii. Tidak membenarkan arus mengalir

melaluinya

BENDA N

Rajah 8

BENDA P

1. VOLTAN PINCANGii. Pincang

Songsang

46

1. ARUS BOCOR

Arus minoriti dalam bahan.Arus minoriti dalam bahan. Wujud apabila cantuman P-N Wujud apabila cantuman P-N

diberikan Voltan Pincang diberikan Voltan Pincang Sonsang.Sonsang.

Elektron-elektron di dalam Elektron-elektron di dalam bahan jenis P akan ditolak oleh bahan jenis P akan ditolak oleh voltan pincang ke arah voltan pincang ke arah cantuman dan melintasinyacantuman dan melintasinya

47

1. ARUS BOCOR

Terhasil satu aliran arus yang Terhasil satu aliran arus yang nilainya amat kecil.nilainya amat kecil.

Arus ini disebut sebagai Arus Arus ini disebut sebagai Arus Bocor atau Arus songsangBocor atau Arus songsang

Nilainya bergantung kepada Nilainya bergantung kepada suhu. Semakin rendah suhu, suhu. Semakin rendah suhu, semakin rendah nilainya dan semakin rendah nilainya dan begitulah sebaliknya.begitulah sebaliknya.

48

3. TAKAT PECAH TEBAT

Jika cantuman P-N dibekalkan Jika cantuman P-N dibekalkan dengan voltan pincang songsang dengan voltan pincang songsang yang terlalu tinggi, ia akan yang terlalu tinggi, ia akan mengganggu kestabilan ikatan mengganggu kestabilan ikatan kovalen. kovalen.

Elektron2 akan tertarik kepada Elektron2 akan tertarik kepada keupayaan positif dan terbebas keupayaan positif dan terbebas sebagai pembawa arus.sebagai pembawa arus.

49


Elektron2 terbebas ini akan Elektron2 terbebas ini akan melanggar ikatan2 yang lain.melanggar ikatan2 yang lain.

Akibatnya berlakulah suatu Akibatnya berlakulah suatu pengaliran arus songsang yang pengaliran arus songsang yang amat tinggi nilainyaamat tinggi nilainya

Takat dimana berlakunya Takat dimana berlakunya kenaikan arus yang tiba2 ini kenaikan arus yang tiba2 ini dinamakan Takat Pecah Tebatdinamakan Takat Pecah Tebat

50


Ia boleh menyebabkan cantuman Ia boleh menyebabkan cantuman P-N terbakar.P-N terbakar.

Voltan pada takat pecah tebat Voltan pada takat pecah tebat atau (voltan pecah tebat) menjadi atau (voltan pecah tebat) menjadi voltan maksima suatu cantuman voltan maksima suatu cantuman itu boleh dipincang songsang.itu boleh dipincang songsang.

51

Contoh-contoh soalanContoh-contoh soalan

1.1. Lukiskan rajah struktur atom bagi :Lukiskan rajah struktur atom bagi :

a.a. Germanium mempunyai no atom 32.Germanium mempunyai no atom 32.

b.b. Silikon yang mempunyai no atom 14.Silikon yang mempunyai no atom 14.

Serta nyatakan sifat bahan-bahan Serta nyatakan sifat bahan-bahan tersebut .tersebut .

2. Apakah Ikatan Kovelen dan lukiskan rajah yang menunjukkan Ikatan kovelen bagi Germanium

52


3.3. Berikan 4 faktor yang membolehkan Berikan 4 faktor yang membolehkan elektron terbebas dari ikatan Kovelenelektron terbebas dari ikatan Kovelen

4.4. Untuk membolehkan bahan jenis N Untuk membolehkan bahan jenis N dan P terhasil, semikonduktor tulen dan P terhasil, semikonduktor tulen perlu diserapkan dengan bendasing. perlu diserapkan dengan bendasing. Apakah bendasing itu dan terangkan Apakah bendasing itu dan terangkan setiap satu dan berikan contoh rajah setiap satu dan berikan contoh rajah yang menerangkan semikonduktor yang menerangkan semikonduktor tulen yang diserapkan dengan salah tulen yang diserapkan dengan salah satu bendasingsatu bendasing

53


5.5. Nyatakan pembawa arus majoriti dan Nyatakan pembawa arus majoriti dan minoriti bagi bahan jenis N dan P.minoriti bagi bahan jenis N dan P.

6.6. Lukiskan dan jelaskan secara ringkas Lukiskan dan jelaskan secara ringkas maksud voltan pincang hadapan dan maksud voltan pincang hadapan dan voltan pincang songsangvoltan pincang songsang

54

SEKIAN SEKIAN

TERIMATERIMA

KASIHKASIH

SEKIAN SEKIAN

TERIMATERIMA

KASIHKASIH

unit 1 & 2

Documents