Komponen Semikonduktor
Didalam pengelompokan bahan-komponen listrik dikenal ada 3 macam, yaitu :
1. Konduktor
2. Isolator
3. Semikonduktor
Sebuah bahan dikatakan Konduktor bila mempunyai hantaran listrik yang besar. Sebuah bahan dikatakan Isolator bila mempunyai hantaran listrik (konduktansi) yang kecil. Dan sebuah bahan dikatakan Semi–konduktor jika bisa menghantarkan listrik yang bervariasi nilainya antara konduktor dan isolator.
Sebuah konduktor ideal umumnya disebut Super-konduktor mempunyai nilai G=0 di definisikan :
G = 1 / µn ………… [1]
µ = mobilitas (kemampuan gerak muatan)
n = konsentrasi pembawa muatan
Pembawa muatan (carier) yaitu sebuah partikel bermuatan yang memberikan kontribusi pada pengaliran atau melewatkan arus listrik semakin besar n.
Umumnya golongan konduktor yang baik adalah bahan-bahan logam, elektrolit dan gas yang terionisasi. Pembawa muatan logam berupa elektron bebas, sedangkan pada elektrolit dan gas berupa ion-ion negatif dan positif. Selanjutnya akan dibahas tentang bahan semikonduktor.
Semikonduktor terbagi menjadi 2 yaitu semikonduktor instrinsik dan ekstrinsik.
1. Semikonduktor instintrik disebut juga Semikonduktor murni, bersifat sebagai isolator dan mempunyai 2 macam carrier yaitu :
- Hole (bermuatan positif) dan
- Elektron (bermuatan negatif),
2. Sedangkan konsentrasi elektron ne bernilai sama dengan konsentrasi hole nh atau ne=nh. Semikonduktor Ekstrinsik diperoleh dengan memberi atom-atom asing (impurity) kedalam Semikonduktor yang sudah mempunyai impuritas (ketidakmurnian).
Atom-atom impuritas ada 2 macam :
a. Atom Donor
b. Atom Aseptor
Jika Semikonduktor instintrik diberi donor, maka akan menjadi Semikonduktor ekstrintik, dengan carier berupa elektron dan disebut Semikonduktor tipe N. Tetapi bila diberi atom aseptor, maka akan menjadi semikonduktor ekstrintik, dengan carier berupa hole dan disebut Semikonduktor tipe P.
Dibawah ini perbandingan konduktor logam, Semikonduktor ekstrintik tipe P dan tipe N yang diberi sumber listrik dan secara skematis bagaimana aliran arus yang diwakili oleh gerakan masing-masing cariernya :
Pita larangan (forbidden band) ialah pita yang diduduki oleh level-level elektron atau hole yang tidak diizinkan memberikan kontribusi pada hantaran listrik. Level-level disini umumnya ialah level jebakan (trapping) dan level impuritas.
Dibawah ini gambaran masing-masing model pita isolator, konduksi dan semikonduktor.
Perhatikan gambar diatas nampak (a) bahwa pada Ev dan Ec sama sekali tidak ada elektron maupun hole, yang berarti tidak mungkin ada hantaran jika ada eksistansi energi (ER) dari luar akan terjadi pembangkit yang dapat digambarkan
Berarti akan ada ne= 3 dan nh= 3 , nh = ne = ni
Pada keadaan ini Semikonduktor intrinsik mampu memberi hantaran listrik. Hantaran akan berkurang jika terjadi rekomendasi yang disertai pancaran energi E , seperti gambar dibawah ini :
Perhatikan gambar (b) terlihat pita Ec tumpang tindih dengan pita Ev sehingga akan terdapat elektron bebas yang berasal dari pita valensi menempati pita konduksi dan memiliki hantaran pada gambar (b) terdapat pada level Ed yang disebut level donor,
Level ini ditempati elektron impuritas dan level kosong impuritas dan level kosong yang disebut level aseptor. Sebab level ini terdapat pada pita larangan maka level ini tidak dapat memberi kontribusi terhadap hantaran listrik.
Terlihat bahwa jarak elektron pada Ed, cukup dekat ke Ec dengan energi eksistasi yang kecil elektron berpindah ke Ec dengan energi eksistasi yang kecil elektron berpindah ke Ec dan memberikan kontribusi hantaran,
Begitu juga elektron pada Ev dengan mudah dapat berpindah ke Ea dan memberi kontribusi terhadap hantaran (hole).
Ekstrinsik : Semikonduktor yang sudah diberi atom asing untuk Semikonduktor intrinsik (atom tidak murni) impuritas (bersifat penghantar)
G = konduktasi (mho)
R = 1 / G (ohm)
R = ρ L / A = 1 / G
G = 1 / ρ . A / L
g = 1 / ρ (jenis konduktansi)
Maka akan terjadi pergerakan hole kearah tipe N dan pergerakan elektron ke arah tipe P, melalui mekanisme difusi (pergerakan partikel yang disebabkan oleh perbedaan konsentrasi). Diarea dekat junction, hole bertemu elektron, dan elektron bertemu dengan hole terjadi rekombinasi sehingga didekat junction akan terbentuk ion positif di area N dan ion negatif di area P.
Kumpulan ion-ion ini disebut space carge (daerah ruang sambungan). Pasangan ion-ion positif dan negatif akan menghasilkan medan listrik εj yang juga dapat dinyatakan εj = Vj / w dimana Vj adalah potensial junction.
Arah medan yang demikian akan menghambat gerakan difusi hole maupun elektron, akibatnya pada suatu saat gerakan hole dan elektron akan berhenti sama sekali, ε = εi.
1. Konduktor
2. Isolator
3. Semikonduktor
Sebuah bahan dikatakan Konduktor bila mempunyai hantaran listrik yang besar. Sebuah bahan dikatakan Isolator bila mempunyai hantaran listrik (konduktansi) yang kecil. Dan sebuah bahan dikatakan Semi–konduktor jika bisa menghantarkan listrik yang bervariasi nilainya antara konduktor dan isolator.
Konduktansi Listrik (G)
Konduktansi listrik atau G adalah kemampuan suatu bahan untuk mengalirkan arus listrik dan disebutkan dalam satuan mho atau siemens (S).Sebuah konduktor ideal umumnya disebut Super-konduktor mempunyai nilai G=0 di definisikan :
G = 1 / µn ………… [1]
µ = mobilitas (kemampuan gerak muatan)
n = konsentrasi pembawa muatan
Pembawa muatan (carier) yaitu sebuah partikel bermuatan yang memberikan kontribusi pada pengaliran atau melewatkan arus listrik semakin besar n.
Umumnya golongan konduktor yang baik adalah bahan-bahan logam, elektrolit dan gas yang terionisasi. Pembawa muatan logam berupa elektron bebas, sedangkan pada elektrolit dan gas berupa ion-ion negatif dan positif. Selanjutnya akan dibahas tentang bahan semikonduktor.
Semikonduktor terbagi menjadi 2 yaitu semikonduktor instrinsik dan ekstrinsik.
1. Semikonduktor instintrik disebut juga Semikonduktor murni, bersifat sebagai isolator dan mempunyai 2 macam carrier yaitu :
- Hole (bermuatan positif) dan
- Elektron (bermuatan negatif),
2. Sedangkan konsentrasi elektron ne bernilai sama dengan konsentrasi hole nh atau ne=nh. Semikonduktor Ekstrinsik diperoleh dengan memberi atom-atom asing (impurity) kedalam Semikonduktor yang sudah mempunyai impuritas (ketidakmurnian).
Atom-atom impuritas ada 2 macam :
a. Atom Donor
b. Atom Aseptor
Jika Semikonduktor instintrik diberi donor, maka akan menjadi Semikonduktor ekstrintik, dengan carier berupa elektron dan disebut Semikonduktor tipe N. Tetapi bila diberi atom aseptor, maka akan menjadi semikonduktor ekstrintik, dengan carier berupa hole dan disebut Semikonduktor tipe P.
Dibawah ini perbandingan konduktor logam, Semikonduktor ekstrintik tipe P dan tipe N yang diberi sumber listrik dan secara skematis bagaimana aliran arus yang diwakili oleh gerakan masing-masing cariernya :
Pembangkit
Pembangkit adalah sebuah proses pembentukan pasangan elektron-hole. Peritiwa ini akan terjadi jika atom-atom sebuah bahan Semikonduktor diberi energi dari luar (energi eksitasi) yang berupa panas, cahaya, listrik gaya.Rekombinasi
Rekombinasi adalah sebuah proses penggabungan elektrone –hole biasanya disebut juga anihilasi. Hal ini akan disertai pembebasan energi dalam bentuk panas atau cahaya tampak / tidak tampak.Konsep Pita Energi
Konsep ini bisa dijadikan sebagai penjelasan karakteristik hantaran listrik dari berbagai bahan isolator, konduktor dan semikonduktor. Pita konduksi adalah pita yang mempunyai kekosongan pita, ini adalah tempat kedudukan elektron-elektron yang menempati level energi tertentu dan memberi kontribusi terhadap hantaran listrik.Pita Valensi
Pita valensi yaitu pita yang terisi penuh, bila elektron pada pita ini pindah akan tercipta kekosongan yang disebut hole dan hole tersebut akan memberi kontribusi pada hantaran listrik.Pita larangan (forbidden band) ialah pita yang diduduki oleh level-level elektron atau hole yang tidak diizinkan memberikan kontribusi pada hantaran listrik. Level-level disini umumnya ialah level jebakan (trapping) dan level impuritas.
Dibawah ini gambaran masing-masing model pita isolator, konduksi dan semikonduktor.
Perhatikan gambar diatas nampak (a) bahwa pada Ev dan Ec sama sekali tidak ada elektron maupun hole, yang berarti tidak mungkin ada hantaran jika ada eksistansi energi (ER) dari luar akan terjadi pembangkit yang dapat digambarkan
Berarti akan ada ne= 3 dan nh= 3 , nh = ne = ni
Pada keadaan ini Semikonduktor intrinsik mampu memberi hantaran listrik. Hantaran akan berkurang jika terjadi rekomendasi yang disertai pancaran energi E , seperti gambar dibawah ini :
Level ini ditempati elektron impuritas dan level kosong impuritas dan level kosong yang disebut level aseptor. Sebab level ini terdapat pada pita larangan maka level ini tidak dapat memberi kontribusi terhadap hantaran listrik.
Terlihat bahwa jarak elektron pada Ed, cukup dekat ke Ec dengan energi eksistasi yang kecil elektron berpindah ke Ec dengan energi eksistasi yang kecil elektron berpindah ke Ec dan memberikan kontribusi hantaran,
Begitu juga elektron pada Ev dengan mudah dapat berpindah ke Ea dan memberi kontribusi terhadap hantaran (hole).
PN Junction
Instrinsik : Semikonduktor murni (bersifat sebagai isolator)Ekstrinsik : Semikonduktor yang sudah diberi atom asing untuk Semikonduktor intrinsik (atom tidak murni) impuritas (bersifat penghantar)
G = konduktasi (mho)
R = 1 / G (ohm)
R = ρ L / A = 1 / G
G = 1 / ρ . A / L
g = 1 / ρ (jenis konduktansi)
Konsep Hode
Terjadi karena kekurangan elektronPN Junction
PN Junction adalah daerah yang terjadi pertemuan, jika Semi Konduktor P dan Semi Konduktor N dipertemukan seperti yang digambarkan dibawah ini:Kumpulan ion-ion ini disebut space carge (daerah ruang sambungan). Pasangan ion-ion positif dan negatif akan menghasilkan medan listrik εj yang juga dapat dinyatakan εj = Vj / w dimana Vj adalah potensial junction.
Arah medan yang demikian akan menghambat gerakan difusi hole maupun elektron, akibatnya pada suatu saat gerakan hole dan elektron akan berhenti sama sekali, ε = εi.