ELEKTRONIKA DASAR SEMIKONDUKTOR ( 1 )

24  37  Download (0)

Full text

(1)

MAKALAH

ELEKTRONIKA DASAR 1

“SEMI KONDUKTOR”

DOSEN PEMBIMBING: Misbah, M.Pd

Oleh: Kelompok 5

Marlina 1610121220011

Shelvi Malinda 1610121220025 Yastri Saidaturrahmah 1610121120013 Yunita Carolina A1C415211

PROGRAM STUDI PENDIDIKAN FISIKA JURUSAN PENDIDIKAN MATEMATIKA DAN IPA FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN

UNIVERSITAS LAMBUNG MANGKURAT BANJARMASIN

(2)

KATA PENGANTAR

Segala puji bagi Allah SWT, yang telah melimpahkan segala rahmat dan hidayah-Nya sehingga makalah ini dapat terselesaikan. Shalawat serta salam kita limpahkan kepada junjungan Nabi Agung, Nabi Muhammad SAW yang kita tunggu-tunggu syafaatnya nanti di hari akhir. Kami ucapkan terima kasih kepada Ibu Misbah, M.Pd selaku dosen pengampu mata kuliah Elektronika Dasar 1 yang telah memberikan banyak ilmu dan pengarahan.

Akhir kata kami mohon maaf apabila ada banyak kesalahan pada penulisan kata-kata serta kalimat. Oleh karena itu, kami meminta kritik dan saran untuk lebih membangun dan menambah ilmu. Selanjutnya kami berharap dari makalah ini dapat bermanfaat untuk kita semua. Aamiin.

Banjarmasin, 23 September 2017

(3)
(4)

BAB I PENDAHULUAN A. Latar Belakang

Apabila kita berbicara tentang elektronika maka tidak akan lepas dari semikonduktor. Material semikonduktor terdiri atas atom-atom yang berukuran sangat kecil. Atom-atom ini terdiri atas inti yang dikelilingi oleh sejumlah elektron. Inti sendiri terdiri atas neutron dan proton. Proton bermuatan positif, elektron bermuatan negatif, sedangkan neutron netral. Elektron-elektron yang mengelilingi inti ini tersebar pada beberapa lapisan kulit dengan jarak tertentu dari nukleus, dimana energinya semakin meningkat seiring dengan meningkatnya jarak dari setiap lapisan kulit terhadap inti. Elektron pada lapisan terluar disebut elektron valensi. Aktifitas kimiawi dari sebuah unsur terutama ditentukan oleh jumlah elektron valensi ini. Semikonduktor merupakan elemen dasar dari komponen elektronika seperti dioda, transistor dan IC. Didalam pengelompokan bahan-bahan listrik dikenal ada 3 macam, yaitu konduktor, isolator dan Semikonduktor. Suatu bahan dikatakan konduktor apabila memiliki hantaran listrik yang besar. Suatu bahan dikatakan isolator apabila memiliki hantaran listrik (konduktance) yang kecil. Suatu bahan dikatakan semi-konduktor apabila dapat memiliki hantaran listrik yang nilainya bervariasi diantara konduktor dan isolator. B. Rumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang diatas, dapat diambil rumusan masalah pada makalah ini adalah:

1. Apa itu Semikonduktor?

2. Bagaimana struktur Kristal dari semikonduktor? 3. Apa saja klasifikasi dari semikonduktor?

C. Tujuan Penulisan

Maksud dan tujuan dalam penulisan makalah ini adalah: 1. Untuk mengetahui tentang semikonduktor

(5)

BAB II PEMBAHASAN A. Pengertian Semikonduktor

Semikonduktor adalah bahan dasar untuk komponen aktif dalam alat elektronika, digunakan misalnya untuk membat diode, transistor, dan IC (Integrated Circuit). Yang disebut terakhir merupakan komponen aktif yang berisi banyak transistor dan resistor dalam sekeping Kristal semikonduktor denga ukuran di bawah 1 mm2.

Dewasa ini bahan semikonduktor yang paling banyak digunakan adalah Kristal silicon. Dahulu orang juga menggunakan unsur germanium. Kedua unsur itu merupakan kelompok IV dalam susunan berkala. Kristal gallium-arsenida yang terbentuk dari unsur gallium dan arsen mempunyai sifat seperti unsur kelompok IV, sehingga dapat pula digunakan pula untuk membentuk bahan semikonduktor. Kristal ini kini banyak digunakan untuk membuat lampu LED yang dipakai untuk lampu penunjuk dan lasesr diode. Kristal GaAs juga digunakan untuk membuta transistor yang dapat bekerja hingga daerah frekuensi tinggi, yaitu dalam daerah gelombang mikro. Semikonduktor umumnya diklasifikasikan berdasarkan listriknya pada suhu kamar yakni dalam rentang 102−109Ωcm . Sebuah semikonduktor akan bersifat isolator pada temperature yang sangat rendah, namun pada temperature ruang akan bersifat konduktor. Sesuai dengan namanya, semikonduktor (setengah Penghantar) mempunyai daya hantar yang besarnya antara daya hantar konduktor dan daya hantar isolator, sifat tersebut dipengaruhi oleh susunan pita konduksi dan pita valensi bahan yang terdapat pada pita energy.

(6)

tersebut terikat dalam struktur kisi-kisi sehingga setiap electron valensi akan membentuk ikatan kovalen dengan electron valensi dari atom-atom yang bersebelahan.

B. Struktur Kristal dari Semikonduktor

Untuk mengerti struktur kristal, kita harus ingat apakah atom itu. Atom terdiri atas inti dan elektron yang terikat pada inti itu. Dalam model atom Bohr, elektron bergerak diatas lintasan tertentu dan memiliki energi tertentu. Energi dari elektron tidak bebas, tetapi hanya bisa memiliki nilai-nilai tertentu. Hal ini diakatakan energi terkuantisasi dan dijelaskan lebih detail dalam mekanika kuantum. Elektron yang terikat pada atom memiliki energi negatif dibandingkan dengan energi dari elektron bebas. Harga mutlak dari energi negatif itu disebut sebagai energi ikatan elektron. Karena adanya energi ikatan itu yang membuat energi elektron lebih rendah daripada elektron bebas, maka elektron tetap pada inti masing-masing dan tidak melepaskan diri dari inti, karena setiap sistem fisik selalu masuk ke dalam keadaan energi yang paling rendah. Hanya kalau elektron tersebut diberikan energi yang lebih tinggi daripada energi ikatan, elektron bisa lepas dari intinya.

Dalam suatu kristal atau molekul, elektron-elektron luar dari atom-atom dipakai sebagai elektron ikatan. Terdapat beberapa jenis ikatan. Yang pertama adalah jenis ikatan seperti yang didapatkan di dalam logam di mana satu elektron dari setiap atom dipakai untuk mengikat kristal secara keseluruhan. Elektron yang dipakai dalam ikatan ini tidak terikat kepada satu atom tertentu, tetapi bisa bergerak secara bebas dalam seluruh kristal. Oleh sebab itu di dalam logam terdapat banyak elektron bebas dan arus listrik bisa mengalir dengan mudah.

(7)

Dalam semikonduktor semua elektron valensi dipakai untuk ikatan pasangan dengan atom lain dari kristal. Semikonduktor adalah atom dari golongan IVA dalam sistem periodik unsur, berarti atom semikonduktor memiliki 4 elektron valensi, dengan kata lain ada 4 elektron luar yang bisa dipakai untuk ikatan kimia dalam molekul atau dalam kristal. Semikonduktor yang paling sering dipakai dalam elektronika adalam Silikon (Si), Germanium (Ge) dan Galliumarsenide (GaAs), dimana Galliumarsenide bukan satu zat, tetapi campuran dari Gallium (dengan tiga elektron valensi) dan Arsen (dengan 5 elektron valensi). Sifat dari GaAs mirip dengan sifat dari semikonduktor lain (Si dan Ge).

Struktur kristal dari semikonduktor tersebut adalah struktur Tetraeder atau struktur intan. Dalam struktur ini setiap atom memiliki 4 atom tetangga. Dalam kristal semikonduktor, antara setiap tetangga terdapat satu ikatan elektron dengan dua elektron yang berasal dari masing-masing atom. Struktur ini bisa digambarkan dalam dua dimensi (berarti dalam bidang) seperti dalam gambar 1. Berarti dalam semikonduktor semua elektron terikat pada atom tertentu dan tidak ada elektron yang bisa bergerak secara bebas. Situasi ini sama seperti dalam isolator. Tetapi ada perbedaan antara semikonduktor dan isolator, yaitu dalam semikonduktor elektron yang dipakai untuk ikatan hanya terikat dengan lemah. Kalau elektron terikat secara lemah, berarti elektron itu bisa dilepaskan dari ikatannya dengan mudah. Kalau elektron sudah dilepaskan dari ikatannya, elektron itu bisa bergerak dalam kisi dan membawa arus listrik.

(8)

Gambar 1. Prinsip struktur Kristal dari semikonduktor

Elektron konduksi memberikan konduktivitas kepada kristal. Komduktivitas yang dihasilkan oleh elektron disebut konduktivitas elektron. Energi yang diperlukan untuk melepaskan satu elektron dari ikatan menjadi elektron konduksi disebut energi aktivasi (activation energy) dan kita akan memakai lambang ∆W untuk energi aktivasi itu.

(9)

Kalau satu elektron dilepaskan dari tempatnya, selalu terdapat satu elektron bebas dan satu lowong bersama-sama. Oleh sebab itu melepaskan satu elektron dari tempatnya disebut ciptaan pasangan atau generasi (dari generation). Setelah terjadi ciptaan pasangan, terdapat dua partikel bermuatan yang bisa bergerak dan membawa arus listrik, berarti terdapat konduktivitas dalam kristal ini. Konduktivitas yang terjadi oleh ciptaan pasangan disebut konduktivitas diri ( self conductivity ) dari semikonduktor. Kalau satu elektron bebas tiba di satu lowong, elektron dan lowong bisa bergabung kembali, berarti elektrok masuk ke dalam lowong dan menjadi elektron terikat lagi. Proses ini disebut rekombinasi ( dari recombination ). Dengan terjadinya proses rekombinasi muatan yang bisa bergerak dan membawa arus berkurang satu elektron dan satu lowong. Dalam keadaan keseimbangan termis, jumlah ciptaan pasangan per waktu dan jumlah rekombinasi per waktu adalah sama.

Dalam keseimbangan termis, jumlah generasi dan jumlah rekombinasi sama, berarti kerapatan elektron konduktivitas dan lowong konstan. Tetapi kalau suhu lebih tinggi, jumlah elektron yang mendapatkan energi tinggi dan bisa menjadi elektron bebas lebih banyak. Oleh sebab itu konsentrasi elektron kpnduksi n dan konsentrasi lowong p tergantung dari suhu T dan dari energi aktivasi ∆W , dimana perkalian dari kedua konsentrasi tersebut , n.p , akan merupakan satu konstanta yang tergantung suhu dan energi aktivasi :

n . p=NLNVe

W : energi aktivasi yang diperlukan untuk melepaskan satu elektron dari ikatan elektron menjadi elektron bebas.

NL, NV : Dua konstanta yang tergantung suhu dan massa efektif dari elektron/lowong yang disebut kerapatan keadaan efektif.

(10)

dibicarakan dalam pasal berikut, jumlah elektron bebas dan jumlah lowong tidak akan sama , tetapiperkalian dari kedua konsentrasi ini akan tetap ikut persaman (7.10).

Bahan ∆ W Ni

Ge 0.67 eV 2.5 . 1013cm−3 Si 1.1 eV 1.5 . 1013cm−3 GaAs 1.43 eV 9.2 . 1013

cm−3

Tabel 7.1 : Data dari beberapa bahan semikonduktor.

Persamaan (1) didapatkan dari perhitungan termodinamika dengan memperlihatkan situasi dalam keadaan termis dan distribusi energi yang terdapat dalam stuasi tersebut. Dari situ dapat dilihat bahwa jumlah partikel yang mempunyai muatan dan bisa bergerak tergantung suhu secara eksponensial. Dengan sifat ini dan (7.9) yang menunjukkan ketergantungan konduktivitas jenis σ dari jumlah muatan yang bisa bergerak, didapatkan kesimpulan bahwa konduktivitas jenis σ akan tergantung suhu secara eksponensial :

σ=A(T)eβkT

∆W (2)

Di mana:

A(T) : Satu konstanta yang tergantung dari mobilitas dari elektron dan lowong

β : Satu konstanta tanpa dimensi k : Konstanta Boltzmann

Jadi, konduktivitas naik terhadap suhu karena dengan bertambahnya suhu, jumlah muatan ikut bertambah. Ketergantungan mobalitas dari suhu jauh lebih kecil daripada ketergantungan jumlah muatan dari suhu.

C. Klasifikasi Semikonduktor

(11)

terdiri dari unsur silicon saja atau unsur germanium saja disebut semikonduktor intrinsik.

1. Semi konduktor intrinsik

Semi konduktor intrinsik merupakan bahan semi konduktor murni yang terdiri atas satu unsur saja, misalnya Si saja atau Ge saja dan merupakan semikonduktor murni yang tidak diberi doping atau campuran atom lainnya yang memiliki jumlah elektron valensi yang berbeda dengan electron valensi bahan semikonduktor. Menurut teori pita energy, pada suhu T = 0 K, pita valensi semikonduktor terisi penuh electron, sedangkan pita konduksi kosong. Kedua pita tersebut dipisahkan oleh celah energy kecil, yakni dalam rentang 0,18 – 3,7 eV. Pada suhu kamar Si dan Ge masing-masing memiliki celah energy 1,11 eV dan 0,66 eV. Pada temperature tinggi, electron keluar dari ikatan kovalen menjadi electron bebas dan terbentuk hole. Kristal semikonduktor silicon intrinsic terdiri dari atom silicon, yang termasuk dalam kelompok IV pada susunan berkala. Tiap atom silicon mempunyai empat buah electron valensi. Atom silicon menempati kisi-kisi dalam Kristal. Dalam dua dimensi Kristal ini dapat dilukiskan seperti gambar 1a.

Tampak disini tiap atom Si terikat dengan empat buah atom silicon lain, membentuk ikatan kovalen. Pada keadaan ini semua electron terikat pada atom. Walaupun didalam Kristal diberi medan listrik, electron tetap terikat dalam ikatan kovalen, sehingga tak ada muatan yang bergerak. Ini berarti taka da arus walaupun diberi beda potensial, atau bahan bersifat sebagai isolator.

(12)

mengalir untuk beda potensial yang sama, yang berarti makin rendah hambatannya.

Gambar 2. (a) Susunan atom pada Kristal semikonduktor silicon intrinsic, (b) Elektron valensi dari atom Si pada A terionisasi.

Eksitasi suatu electron valensi menjadi electron bebas menyebabkan atom silicon yang bersangkutan menjadi terionkan dan menjadi bermuatan positif seperti ditunjukkan pada atom A gambar 1b. Karena pengaruh medan listrik, ion silicon ini dapat menangkap electron bebas dari atom lain.

Jika ini terjadi, ion A akan menjadi netral, tetapi atom B sebagai pemberi electron kepada ion A menjadi bermuatan positif. Jadi, adanya pengaruh medan listrik menyebabkan perpindahan letak muatan positif dari A ke B. Perpindahan letak muatan positif ini akan merupakan aliran listrik juga. Kita dapat membayangkan keadaan terionkan atom silicon ini sebagai zarah semu yang bermuatan positif, yang bebas bergerak di bawah pengaruh medan listrik. Zarah semu ini kita sebut lubang (holes). Electron yang dibebaskan dari ikatan kovalen kita sebut electron intrinsic, sedang lubang yang terjadi oleh terbebasnya electron intrinsic kita sebut lubang intrinsic.

Dapatlah kita simpulkan bahwa pada semi konduktor intrinsic aliran listrik disebabkan oleh gerak electron intrinsic dan lubang intrinsic. Konsentrasi electron dan lubang intrinsic bergantung pada bahan dan suhu. Electron valensi pada atom germanium lebih mudah terekstasi termik menjadi electron bebas daripada electron valensi pada atom silicon. Ini berhubungan dengan adanya pita-pita energy untuk electron didalam Kristal semikonduktor.

(13)

valensi, maka ada satu pita energy yang terisi penuh, dan pita energy berikutnya kosong. Ini dilukiskan pada gambar 3a.

Gambar 3. (a) Pita-pita energy dalam semikonduktor, (b) Pta energy valensi Ev dan pita energii konduksi Ek

Pita teratas yang terisi penuh electron disebut pita valensi, sedangkan pita energy berikutnya (kosong) disebut pita konduksi. Keadaan ini berlaku untuk semikonduktor pada suhu mendekati 0oK, dimana semua electron terikat dalam ikatan kovalen. Daerah energy Ev dan Ek pada gambar 2b disebut (celah pita (bandgap)). Ini adalah daerah energy terlarang untuk electron semikonduktor intrinsic, yang hanya boleh berada dalam pita valensi atau pita konduksi. Suatu electron yang terekstasi termal menjadi electron bebas dapat dibayangkan sebagai melompat dari pita valensi ke pita konduksi,\. Energy yang diperlukan untuk eksitasi ini berasal dari getaran atom. Lebar celah pita untuk semikonduktor silicon adalah kira-kira 1,2 e V dan untuk germanium adalah 0,78 e V.

(14)

yang merupakan daerah terlarang. Beda lebar celah peta Wg antara Kristal silicon dan germanium mengakibatkan sifat konduksi yang amat berbeda antara silicon dan germanium. Konsentrasi electron intrinsic ni berubah dengan suhu menurut hubungan.

Wi=A T 3/2

eWgo/2KT (1)

Wgo adalah lebar celah pita pada suhu 0 K. hubungan di atas mencerminkan statistic Boltzmann, yang menyatakan bahwa zarah dalam kesentimbangan termal cenderung untuk berada pada keadan energy yang rendah.

Agar kita mendapat kesan yang nyata kita lukiskan grafik untuk persamaan 1 seperti pada gambar 4

Gambar 4. Pembawa muatan bebas ni dan pi pada germanium dan

silicon

Ionisasi Kristal germanium mulai terjadi pada suhu 250 K dan mulai berarti pada suhu 300 K. untuk silicon ionisasi mulai terjadi pada 400 K dan mulai berarti pada suhu 450 K.

Mungkin anda bertanya mengapa konsentrasi pembawa muatan ni

(15)

rekombinasi ini pada nyala lampu LED. Kemungkinan terjadinya rekombinasi sebanding dengan np . Makin banyak dihasilkan electron dan lubang makin sering pula terjadi rekombinasi, sehingga akan terjadi suatu keadaan yang mantap antara terbentuk dan sirnanya pembawa muatan bebas, dan kerapatan pembawa muatan bebas tak lagi berubah dengan waktu.

Ada dua cara menjadikan bahan semikonduktor intrinsik menjadi konduktor, yaitu:

- Dipanasi: Semikonduktor yang suhunya dinaikkan maka gerak elektronnya makin cepat sehingga memungkinkan adanya electron meloncat dari pita valensi ke pita konduksi.

- Dikotori dengan atom lain: Semikonduktor yang dicampuri (dikotori) dengan atom lain, misalnya Ge dicampur dengan As (Arsenium).

2. Semikonduktor Ekstrinsik

Semikonduktor ekstrinsik merupakan semikonduktor yang telah terkotori (tidak murni lagi) oleh atom dari jenis lainnya. Proses penambahan atom pengotor pada semikonduktor murni disebut pengotoran (doping). Dengan menambahkan atom pengotor (impurities), struktur pita dan resistivitasnya akan berubah. Ketidakmurnian dalam semikonduktor dapat menyumbangkan electron maupun hole dalam pita energy. Dengan demikian, konsentrasi electron dapat menjadi tidak sama dengan konsentrasi hole, namun masing-masing bergantung pada konsentrasi dan jenis bahan ketidakmurnian.

Telah disebutkan sebelumnya bahwa semikonduktor yang digunakan untuk membuat diode dan transistor adalah semikonduktor ekstrinsik, yang dibuat dari campuran bahan semikonduktor intrinsik dengan atom unsur dari kelompok III atau kelompok V dalam susunan berkala.

(16)

semikonduktor jenis n. sebaliknya, campuran bahan semikonduktor intrinsik dengan atom unsur dari kelompok III dalam susunan berkala mengandung lebih banyak lubang daripada electron. Akibatnya pembawa muatan bebas yang utama bermuatan positif. Semikonduktor yang dibuat dengan bahan campuran seperti ini disebut semikonduktor jenis p.

a. Semikonduktor jenis-n.

Semikonduktor dengan konsentrasi electron lebih besar dibandingkan konsentrasi hole, dapat diperoleh dengan menambahkan atom donor. Semikonduktor jenis n menggunakan bahan semikonduktor intrinsik yang dicampur misalnya dengan atom As (kelompok V dalam susunan berkala). Atom campuran ini akan menempati lokasi atom intrinsik di dalam kisi

Kristal semikonduktor. Gambar 5 menunjukkan Kristal semikonduktor intrinsik silicon yang diberikan campuran atom As.

Gambar 5. (a) Kristal emikonduktor silicon dicamour atom As, (b) Atom donor As terionisasi memberikan electron

ekstrinsik dan ion donor As+

Atom As mempunyai lima buah electron valensi, sehingga dalam ikatan kovalen dengan atom silicon di dalam Kristal terdapat kelebihan satu electron valensi. Electron ini terikat amat lemah dan mudah sekali terlepas, dan disebut electron donor atau electron ekstrinsik, sedang atom As disebut atom donor. Pada suhu 50oK hamper semua atom donor terionkan, sedangkan atom silicon baru terionisasi oleh eksitasi termal pada suhu 450oK.

(17)

suhu kamar sudah ada sejumlah electron yang terlepas dari atom silicon, yaitu elektorn intrinsic yang menimbulkan lubang intrinsik. Jadi di dalam semikonduktor jenis n ada berbagai pembawa muatan, yaitu lubang serta electron intrinsic, electron ekstrinsik dan ion donor yang tak bebas

bergerak. Agar lebih jelas ini dilukiskan pada gambar 5.

Gambar 6. Muatan-muatan dalam semikonduktor jenis-n Perubahan rapat pembawa muatan bebas dalam semikonduktor jenis p-n adalah seperti pada gambar 7.

Gambar 7. Rapat pembawa muatan bebas pada semikonduktor jenis-n

sebagai fungsi suhu.

(18)

ekstrinsik ini boleh dikata sudah bersifat intrinsic oleh karena jumlah electron bebas hamper sama dengan jumlah lubang.

Pada suhu kamar jumlah electron bebas pada semikonduktor jenis-n jauh lebih besar daripada jumlah lubajenis-ng. Oleh sebab itu electrojenis-n bebas didalam semikonduktor jenis-n disebut pembawa muatan mayoritas, dan lubang disebut pembawa muatan minoritas. Bagaimana halnya dengan konduktivitas semikonduktor sekstrinsik? Untuk semikonduktor jenis-n berlaku

μnNn+μpPn

σn=q¿ ) (5)

Akan tetapi untuk semikonduktor jenis-n pada suhu kamar rapat oembawa muatan intrinsic jauh lebih kecil daripada rapat pembawa muatan ekstrinsik, dan pada suhu kamar seluruh atom donor sudah terionisasi. Akibatnya Nn≅Nd , yaitu konsentrasi atom donor yang jauh lebih besar daripada ni atau Pn . Pada persamaan (5) Pn adalah kerapatan lubang pada semikonduktor jenis-n. Pn tak sama dengan pi oleh karena adanya rekombinasi antara electron dan lubang. Oleh karena itu konduktivitas semikonduktor jenis-n adalah

σn=q μnNd .(6)

Kerapatan pembawa muatan minoritas Pn lebih kecil daripada kerapatan lubang intirnsik pi . Seperti telah diungkapkan didepan, didalam semikonduktor terjadi rekombinasi antara electron dan lubang. Laju rekombinasi dalam semikonduktor sebanding dengan hasil kali kerapatan electron dan kerapatan lubang, yaitu Nn Pn . Akan tetapi pada suhu kamar hamper semua muatan bebas yang terbentuk hanyalah oleh ionisasi atom silicon yang membentuk electron intrinsic dan lubang intrinsic. Oleh karena laju rekombinasi muatan intrinsic untuk semikonduktor ekstrinsik adalah sama seperti pada semikonduktor intrinsic, maka

NnPn=nipi=ni2=pi2 (7)

(19)

Pn= pi2

Nd (8)

b. Semikonduktor jenis-p

Pada semikonduktor jenis-p, atom dari kelompok III dalam susunan berkala misalnya gallium, dibubuhkan ke dalam Kristal semikonduktor intrinsic. Gambar 7 menunjukkan atom didalam Kristal

semikonduktor jenis-p. Oleh Karena gallium termasuk kelompok III pada susunan berkala, atom Ga mempunyai tiga buah electron valensi. Akibatnya, dalam bergandengan dengan atom silicon didalam Kristal atom Ga memerlukan satu electron lagi untuk berpasangan dengan atom Si. Oleh sebab itu atom Ga mudah menangkap electron, sehingga sidebut atom akseptor. Jika ini terjadi atom akseptor menjadi kelebihan selketron sehingga menjadi bermuatan negative. Dalam hal ini dikatakan atom akseptor terionkan.

Gambar 8. (a) susunan atom dalam semikonduktor jenis-p, (b) Lubang ekstrinsik dan ion akseptor pada semikonduktor jenis-p.

(20)

minoritas. Seperti halnya pada semikonduktor jenis-n. konduktivitas semikonduktor jenis-p adalah

σp=q μpNa (9)

μp adalah mobilitas lubang dan Na adalah konsentrasi atom akseptor. Hal yang serupa berlaku untuk rapat pembawa muatan minoritas

Np , yaitu

Kita telah mempelajari bahwa dalam semikonduktor intrinsic ada dua pembawa muatan yaitu electron dan lubang. Kerapatan electron intrinsik ni dan lubang intrinsik pi . Amat bergantung pada suhu dan jenis atom dalam Kristal semikonduktor. Sekarang marilah kita telurusi hubungan kerapatan pembawa muatan bebas ini dengan sifat konduksi Kristal semikonduktor. Kita semua tahu bahwa arus listrik I menyatakan jumlah muatan listrik yang mengalir melalui suatu penampang tiap satuan waktu. Gerak pembawa muatan bebas ini tidaklah lurus, tetapi terus berubah arah oleh adanya pertumbukan dengan atom dalam Kristal.

(21)

q n v ∆t A menembus suatu penampang. Jika tiap pembawa muatan bebas mempunyai muatan q maka, Ini berarti arus

I=2n v ∆t A

∆ t =q n v A (2)

Kita definisikan rapat arus J sebagai arus yang mengalir tiap satuan luas penampang, sehingga J=n q v . Kita tahu bahwa jika sebatang konduktor dialiri arus listrik, besar arus listrik adalah sama sepanjang batang konduktor. Ini berarti kecepatan rata-rata pembawa muatan, yaitu v juga tetap besarnya.

Bukankah ini aneh? Pembawa muatan bergerak dibawah pengaruh medan listrik, yang berarti mendapat gaya, bukankah menurut hokum II Newton pembawa muatan akan mendapat percepatan, sehingga kecepatannya akan bertambah terus? Ini betul dalam daerah antara tumbukan. Adanya tumbukan akan menyebabkan hilangnya sebagian tenaga pembawa muatan, sehingga pengaruh rata-ratanya adalah seperti gerak benda di dalam zat cair yang kental. Disini pada benda bekerja juga gaya gesekan yang sebanding dengan kecepatan akan tetapi melawan gerak. Peristiwa ini terjadi pada sebuah bola besi di dalam suatu cairan (misalnya gliserin), yang bergerak ke bawah oleh pengaruh gaya berat. Pada suatu saat gaya gesekan akan sama dengan gaya berat, sehingga bola bergerak dengan kecepatan tetap, yang disebut kecepatan terminal. Makin besar gaya berat makin besar pula kecepatan terminalnya. Mudah ditunjukkan bahwa kecepatan terminal ini berbanding lurus dengan gaya berat.

Peristiwa serupa dapat dibayangkan terjadi pada aliran pembawa muatan bebas dalam bahan padat dibawah pengaruh medan listrik. Kecepatan hanyut adalah suatu kecepatan terminal, sebanding dengan medan listrik E. Dapatlah kita tuliskan:

v=μ E (3)

Tetapan μ disebut mobilitas pembawa muatan bebas. Makin besar μ

makin besar pula kecepatan hanyut v , yang berarti makin besar arus yang mengalir. Jika kita gunakan persamaan 3 pada persamaan 2 akan diperoleh

J=n q μ E atau J=σ E (4)

σ=n q μ , disebut konduktivitas. Persamaan 4 adalah bentuk umum hokum

(22)

untuk konduktor dengan panjang l dan penampang serba sama dengan luas

A , dan ρ=1

σ adalah hambatan jenis.

Kembali kepada semikonduktor intrinsik, mobilitas electron dan lubang tidaklah sama, sehingga mobilitas electron kita tulis μn dan mobilitas lubang

kita tulis μp . Untuk semikonduktor, konduktivitas n μn+p μp

(23)

A. Kesimpulan

Semikonduktor adalah bahan dasar untuk komponen aktif dalam alat elektronika, digunakan misalnya untuk membat diode, transistor, dan IC (Integrated Circuit). Yang disebut terakhir merupakan komponen aktif yang berisi banyak transistor dan resistor dalam sekeping Kristal semikonduktor denga ukuran di bawah 1 mm2. Bahan semikonduktor yang banyak digunakan adalah sillikon (S), germanium (Ge) dan karbon (C).

Struktur kristal dari semikonduktor tersebut adalah struktur Tetraeder atau struktur intan. Dalam struktur ini setiap atom memiliki 4 atom tetangga. Dalam kristal semikonduktor, antara setiap tetangga terdapat satu ikatan elektron dengan dua elektron yang berasal dari masing-masing atom. Semikonduktor terbagi menjadi 2 yaitu semikonduktor intrinsic dan semikonduktor ekstrinsik. Kemudian semikonduktor ekstrinsik terbagi menjadi 2 yaitu semikonduktor jenis-n dan semikonduktor jenis-p.

B. Saran

(24)

DAFTAR PUSTAKA

Figure

Gambar 1. Prinsip struktur Kristal dari semikonduktor

Gambar 1.

Prinsip struktur Kristal dari semikonduktor p.8
Tabel 7.1 : Data dari beberapa bahan semikonduktor.

Tabel 7.1 :

Data dari beberapa bahan semikonduktor. p.10
Gambar 3. (a) Pita-pita energy dalam semikonduktor, (b) Pta energyvalensi Ev dan pita energii konduksi Ek

Gambar 3.

(a) Pita-pita energy dalam semikonduktor, (b) Pta energyvalensi Ev dan pita energii konduksi Ek p.13
Gambar 4. Pembawa muatan bebas ni  dan pi  pada germanium dan

Gambar 4.

Pembawa muatan bebas ni dan pi pada germanium dan p.14
Gambar 5. (a) Kristal emikonduktor silicon dicamour atom As,

Gambar 5.

(a) Kristal emikonduktor silicon dicamour atom As, p.16
Gambar 7. Rapat pembawa muatan bebas pada semikonduktor jenis-n

Gambar 7.

Rapat pembawa muatan bebas pada semikonduktor jenis-n p.17
Gambar 6. Muatan-muatan dalam semikonduktor jenis-n

Gambar 6.

Muatan-muatan dalam semikonduktor jenis-n p.17
Gambar 8. (a) susunan atom dalam semikonduktor jenis-p, (b) Lubang

Gambar 8.

(a) susunan atom dalam semikonduktor jenis-p, (b) Lubang p.19

References