Pertemuan <<15>> <<SEMI KONDUKTOR>> Matakuliah : <<D0044>>/<<PENGETAHUAN KIMIA BAHAN>> Tahun : <<2006>> Versi : <<BARU>> Pertemuan <<15>> <<SEMI KONDUKTOR>>

<< TIK-19>> <<TIK-20>> Learning Outcomes Pada akhir pertemuan ini, diharapkan mahasiswa akan mampu : << TIK-19>> <<TIK-20>>

Materi 1 : BAHAN SEMI KONDUKTOR Outline Materi Materi 1 : BAHAN SEMI KONDUKTOR

Konduktivitas Setiap bahan memiliki konduktivitas dengan nilai yang berbeda; Besar kecilnya konduktivitas suatu bahan ditentukan oleh jumlah muatan bebas yang dimiliki oleh bahan tersebut; Berdasarkan konduktivitas, bahan dapat digolongkan menjadi : Konduktor, memiliki konduktivitas di atas 104 -1m-1 ; Semikonduktor, memiliki konduktivitas antara 104 s/d 10-4 -1m-1; Isolator, memiliki konduktivitas di bawah 10-4 -1m-1.

Bahan konduktor, isolator, dan semikonduktor Logam memiliki ikatan elektron valensi yang sangat lemah sehingga mudah bergerak melalui seluruh stukturnya bila dikenai gaya oleh suatu medan magnit; Jadi logam digolongkan sebagai konduktor, karena memiliki muatan bebas (elektron yang terdelokalisir) dalam jumlah yang sangat banyak; Sebaliknya keramik dan bahan polimer memiliki ikatan elektron yang sangat kuat dan ion-ionnya tidak mudah mengalami difusi, sehingga digolongkan sebagai isolator; Bahan semikonduktor seperti silikon (Si) dan germanium (Ge) memiliki karakterisrik diantara konduktor dan isolator; Besar kecilnya konduktivitas suatu bahan ditentukan oleh jumlah muatan bebas yang dimiliki oleh bahan tersebut.

Bila suatu tegangan dikenakan pada suatu bahan semikonduktor, maka electron (e-) pada pita konduksi bergerak ke elektrode positif, sedang lubang (h+) pada pita valensi bergerak ke elektrode negatif. Dengan demikian arus yang dihasilkan merupakan gabungan dari gerakan elektron dan gerakan lubang;

Sehingga :  = n q (e + h) Konduktivitas yang dihasilkan oleh sejumlah pasangan electron dan lubang adalah :  = ne q e + nh q h dimana : jumlah elektron dan jumlah lubang (m-3) q = muatan (coulomb) ne & nh =  e &  h = mobilitas elektron dan lubang (m2 v-1 s-1) Dalam semikonduktor intrinsik : n = ne = nh Sehingga :  = n q (e + h)

Contoh sela energi elemen semikonduktor : Mobilitas elektron dalam suatu semi konduktor lebih besar dari pada mobolitas lubang elektron dalam semi-konduktor yang sama (e > h). Contoh sela energi elemen semikonduktor :

Sela energi intan/karbon (C) terlalu besar untuk dapat menghasilkan pembawa muatan, sehingga intan termasuk kelompok isolator; Silikon, germanium, dan timah putih memiliki struktur yang sama dan mempunyai pita yang tersisi; Karena timah putih memiliki elektron yang terbanyak dalam pita konduksi, oleh karena itu memiliki konduk-tivitas yang tertinggi. Sumber energi yang dapat meningkatkan konduktivitas suatu semikonduktor intrinsik : energi panas, energi cahaya (foton), dan energi elektron berkecepatan tinggi.

Energi panas : Logam akan mengalami kenaikan tahanan dan penurunan konduktivitas bila suhu meningkat, tetapi sebaliknya konduktivitas semikonduktor intrinsik meningkat dengan naiknya suhu. Konduktivitas :  = o e-Eg/2kT dimana : konstanta pembanding yang mencakup faktor-faktor q dan ; k = konstanta Boltzman (86,1x10-6 eV/OK); o = T = temperatur absolut (OK). Persamaan konduktivitas dapat pula dituliskan : ln = lno - Eg/2kT Jadi dari persamaan di atas dapat dilihat bahwa  meningkat bila T meningkat.

Energi cahaya (foton) ; berupa sinar infra merah. Suatu foton dapat memacu elektron agar melompati sela energi, sehingga diha-silkan sepasang elektron konduksi dan lubang valensi sebagai pembawa muatan; Bila energi berkurang, pasangan elektron-lubang akan bergabung kembali; Pada saat elektron turun melalui sela, energi dibebaskan dalam bentuk energi cahaya (foton).

Semikonduktor Ekstrinsik Semikonduktor ekstrinsik dibuat dengan menambahkan sejumlah kecil atom-atom impuritas (disebut doping); Konduktifitas semikonduktor ekstrinsik tergantung pada jumlah impuritas. Terdapat dua jenis semikonduktor ekstrinsik :

Semikonduktor jenis-N ; sebagai contoh akan ditam-bahkan atom fosfor, yang memiliki 5 elektron valensi, ke dalam silikon yang memiliki 4 elektron valensi. Elektron atom fosfor yang ke lima dapat lepas dari atom induk dengan energi tambahan sedikit saja, dan diberikan pada pita konduksi sebagai pembawa muatan; Level energi Ed, sedikit di bawah puncak sela energi.

Semikonduktor jenis-P ; sebagai contoh akan ditam-bahkan atom aluminium, yang memiliki 3 elektron valensi, ke dalam silikon yang memiliki 4 elektron valensi. Atom aluminium dapat menerima sebuah elektron dari pita valensi, sehingga meninggalkan sebuah lubang elektron sebagai pembawa muatan; Level energi akseptor Ea, sedikit di atas bagian bawah sela energi.

Peralatan Elektronika yang Menggunakan Semikonduktor : Alat junction (dioda) ; yaitu peralatan yang meng-gunakan sambungan antara semikonduktor jenis N dan jenis P. Diode pemancar cahaya (lightemitting diode/ LED),banyak digunakan pada display digital seperti kalkulator Penyearah arus, yaitu untuk merubah arus bolak-balik menjadi arus searah (direct current). Transistor ; digunakan untuk memperkuat sinyal yang lemah menjadi besaran yang lebih kuat dan dapat dimanfaatkan. Transistor efek medan (field-effect transistor/FET); Transistor junction jenis PNP dan NPN.