BAHAN SEMIKONDUKTOR

MAKALAH IKATAN KIMIA BAHAN SEMI KONDUKTOR

DISUSUN OLEH 1.

AMATUL AKHIR (G1C012001)

2.

LILI NURMALASARI (G1C012019) (G1C012019)

3.

SA’ADAH (G1C012030)

4.

ZULFAH YANA (G1C012033)

5.

MADE DWI PRAMANDITA (G1C012020)

PROGRAM STUDI KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS MATARAM 2014

KATA PENGANTAR 

Puji syukur kami haturkan ke hadirat Tuhan Yang Maha Esa, karena dengan karunia Nya kami dapat menyelesaiakan makalah yang berjudul “ Bahan Semikonduktor”. Meskipun banyak hambatan yang kami alami dalam proses pengerjaannya, tapi kami berhasil menyelesaikan karya ilmiah ini tepat pada waktunya. Tidak lupa kami sampaikan terimakasih kepada dosen pengampu mata kuliah Ikatan Kimia yang telah membantu dan membimbing kami dalam mengerjakan makalah ini. Kami  juga mengucapkan terimakasih kepada teman-teman mahasiswa yang juga sudah memberi kontribusi baik langsung maupun tidak langsung dalam pembuatan makalah ini. Penulis menyadari bahwa dalam menyusun makalah ini masih jauh dari kesempurnaan, untuk itu penulis sangat mengharapkan kritik dan saran yang bersifat membangun guna sempurnanya sempurnanya makalah makalah ini. Penulis berharap semoga makalah

ini bisa

 bermanfaat bagi penulis khususnya dan bagi bagi pembaca pada umumnya. Mataram, 05 Desember 2014

Penyusun

DAFTAR ISI Halaman Judul

……………………………………………………………. i

Kata Pengantar

……………………………………………………………. ii

Daftar Isi

……………………………………………………………. iii

BAB I : PENDAHULUAN ……………………………………………………... 1 A. Latar Belakang

……………………………………………………...1

B. Rumusan Masalah ……………………………………………………... 2 C. Tujuan BAB II : PEMBAHASAN

……………………………………………………... 2 ……………………………………………………... 3

A. Pengertian Semikonduktor……………………………………………… 4 B. Unsur dan Senyawa Semikonduktor ……………………………………8 C. Pembagian sifat semikonduktor…………………………………………10 D. karakterisasi bahan semionduktor………………………………………13 BAB III : PENUTUP…………………………………………………………….. 22 Kesimpulan ……………………………………………………………. 22

BAB I PENDALUAN 1.1 Latar Belakang

Semikonduktor merupakan bahan dasar pembuatankomponen aktif elektronika seperti dioda,transistor, dan IC.Semikonduktor juga merupakanbahan yang memiliki kehantaran di antara konduktordan isolator (10−8- 103(Ωm)−1). Silikon dan germanium, yang termasuk kelompok IV dalam sistem pe-riodik, merupakan semikonduktor yang paling banyakdigunakan sebagai bahan dasar komponen elektronika,karena keduanya banyak tersedia di alam. Di sam-ping kedua bahan itu, juga digunakan bahan semikon-duktor paduan, di antaranya silikon-karbon, indium-fosfat, serta berbagai senyawa lainnya.Pada umumnya, bahan semikonduktor peka terhadap suhu, karena itu suhu kerja alat sangat perludiperhatikan.Pembawa muatan mayoritas di dalam semikonduktor tipe- pdan tipe-n, berturut-turutadalah lubang(hole) dan elektron. Sehingga pembawa muatandi dalam semikonduktor tipe- p bukan hanya lubangsaja tetapi juga sejumlah kecil elektron. Sebaliknya,di dalam semikonduktor tipe-n  juga terdapat sejumlah kecil lubang sebagai pembawa muatan. Pem-bawa muatan yang  berjumlah besar dinamakan pembawa muatan mayoritas dan yang berjumlah kecil dinamakan pembawa muatan minoritas karena konsentrasi lubang dan elektron sama besar. Semikonduktor yang demikian itu dinamakan semikonduktor intrinsik dan kosentrasi  pembawa muatanya dinamakankosentrasi intrinsik. Silikon adalah suatu unsur kimia dalam tabel periodik yang memiliki lambang Si dan nomor atom 14. Silikon merupakan elemen terbanyak kedelapan di alam semesta dari segi massanya, tapi sangat jarang ditemukan dalam bentuk murni di alam. Silikon  paling banyak terdistribusi pada debu, pasir, planetoid, dan planet dalam berbagai bentuk seperti silikon dioksida atau silikat. Lebih dari 90% kerak bumi terdiri dari mineral silikat, menjadikan silikon sebagai unsur kedua paling melimpah di kerak bumi (sekitar 28% massa) setelah oksigen.

Silikon bukan termasuk benda yang awam bagi masyarakat. Silikon sering digunakan untuk membuat serat optik dan dalam operasi plastik digunakan untuk mengisi bagian tubuh pasien dalam bentuk silikon. Unsur silikon juga berperan besar terhadap ekonomi modern dan silikon juga merupakan elemen esensial pada biologi, meskipun hanya dibutuhkan hewan dalam jumlah amat kecil.Banyak masyarakat dengan ekonomi tinggi menggunakan silikon yang memiliki harga yang tidak murah itu, tetapi mereka tidak mengetahui bagaimana sifat dari silikon itu, apakah berdampak positif atau negatif. 1.2 Tujuan Adapun makalah ini bertujuan untuk: a.

Untuk mengetahui apa yang dimaksud dengan bahan yang bersifat semikonduktor.

 b.

Mengetahui bebrapa unsur kimia yang memilikisifat semikonduktor.

c.

Pembagian sifat semikonduktor.

d.

Mengentahui karakterisasi bahan semionduktor.

1.3 Rumusan Masalah a.

Apa yang dimaksud dengan semikonduktor ?

 b.

Unsur apa sajakah yang memiliki sifat semikonduktor ?

c.

Unsur apa sajakah yang memiliki sifat semikonduktor ?

d.

Bagaimana bahan karakterisasi semikonduktor ?

e.

Bagaimana pemanfaatan sifat smikonduktor ?

BAB II PEMBAHASAN 2.1 Pengertian Semikonduktor

Sesuai dengan namanya, semi konduktor (setengah penghantar) mempunyai daya hantar yang besarnya antara harga daya hantar konduktor dan daya hantar isolator. Sifat tersebut dipengaruhi oleh susunan pita konduksi dan pita valensi bahan. Pengetahuan mengenai hal tersebut perlu bagi setiap orang yang memilih profesi dibidang elektronika yang penggunannya tidak terbatas pada arus lemah saja. Adapun macam-macam dan  penggunaan bahan semi konduktor antara lain seperti tabel dibawah ini:

Suatu hal yang penting untuk memahamisemikonduktor adalah proses konduksi elektronik. Konduksi elektronik bahan dipengaruhi oleh jarak pita konduksi dan pita valensi bahan. Pada konduktor, kedua pita tersebut saling menumpuk. Pada isolator jarak keduanya cukup jauh. Sedangkan pada semi konduktor jarak keduannya tidak terlalu  jauh dan tidak terlalu dekat danini memungkinkan tumpang tindih jika dipengaruhi, misalnya panas, medan magnet dan tegangan yang cukup tinggi. Jarak kedua pita tersebut adalah celah energi, seperti gambar dibawah ini:

Bahan semikonduktor adalah bahan yang bersifat setengah konduktor karena celah energi yang dibentuk oleh struktur bahan ini lebih kecil dari celah energy bahan isolator tetapi lebih besar dari celah energi bahan konduktor, sehingga memungkinkan elektron  berpindah dari satu atom penyusun ke atom penyusun lain dengan perlakuan tertentu terhadap bahan tersebut (pemberian tegangan, perubahan suhu dan sebagainya). Oleh karena itu semikonduktor bisa bersifat setengah menghantar. susunan semikonduktor serupa dengan susunan isolator kecuali bahwa dalam semikonduktor celah pita lebih sempit. Celah pita untuk semikonduktor biasanya  berkisar dari 0,2 eV sampai 2,5 eV, sedangkan celah pita isolator khas seperti intan sekitar 6 eV. Akibatnya, tidak seperti dalam isolator, semikonduktor menunjukkan hantaran listrik sedang pada temperatur kamar. Umumnya istilah semikonduktor digunakan untuk segolongan bahan yang penghantarnya ( konduktivitas ) berada di antara penghantar dan isolator. Pada temperatur kamar, tahanan penghantar yang baik sekitar 10-6 Ω cm, sedangkan tahanan semikonduktor berkisar 10-3 sampai 106 Ω cm. Isolator yang baik, sebaliknya mempunyai tahan sekitar 1012 Ω cm. Disamping itu semikonduktor memiliki sifat-sifat berikut:

(i) Semikonduktor murni memiliki koefisien temperatur yang negatif dengan resistansi tidak seperti logam yang memiliki resistansi dengan koefisien temperatur positif. (ii) Semikunduktor memberikan daya termolistrik yang tinggi dengan tanda positif atau negatif relatif terhadap logam bersangkutan. (iii) Hubungan (juction) antara semikonduktor jenis p dan semikonduktor jenis n menunjukkan sifat-sifat penyearahan. (iv) Semikonduktor bersifat peka cahaya, membangkitkan baik tegangan foto maupun  perubahan resistansi akibat penyinaran cahaya. 2.2 Unsur dan Senyawa Semikonduktor

Unsur-unsur germanium ( Ge ) dan silikon ( Si ) dianggap sebagai semikonduktor dasar. Germanium telah digunakan untuk hampir semua peralatan benda  padat seperti transistor, tetapi baru-baru ini hampir semua diganti dengan silikon, karena tersedianya silikon tidak terbatas. Disamping itu, rangkaian terpadu ( IC ) pada elektronik saat ini dibuat dari silikon. Disamping unsur-unsur semikonduktor, masih ada semikonduktor senyawa yang dengan

berhasil

digunakan

untuk

perbuatan

peralatan

elektronika.

Senyawa

semikonduktor yang penting adalah sulfida kadnium ( CdS ), sulfida timah ( PbS ), tellurida timah (PbTe ), antimonida indium( InSb ), arsenida gallium ( GaAs ), fosfida indium ( InP ) dan sebagainya. Diantara senyawa-senyawa ini, Cds telah digunakan sebagai pengukuran cahaya; PbS dan PbTe digunakan dalam detektor inframerah. GaAs telag digunakan dalam pembuatan transistor, laser benda padat dan beberapa peralatan frekuensi tinggi khusus. Beberapa senyawa semikonduktor membentuk campuran ( alloy ) yang mempunyai sifat-sifat yang penting. Mereka dikenal sebagai semikonduktor alloy. Di antara semikonduktor alloi, arsenida indium gallium ( Gax In1-x As ) digunakan sebagai alat-alat frekuensi tinggi dan alat-alat optik, tellurida kadnium merkuri ( Hg1-xCdx Te ) digunakan untuk pembuatan detektor inframerah yang efisien, dan fosfida arsenida gallium ( GaAsx P1-x) digunkan untuk pembuatan dioda pemancar cahaya ( LED ). Kalau penghantar semikonduktor terutama hanya ditentukan oleh pembawa yang dibangkitkan panas, maka semikonduktor ini disebut semikonduktor murni atau

intrisik. Kalau semikonduktor murni dijaga tetap pada 0oK, pita valensinya terisi penuh dan pita hantaran sama sekali kosong, karena energi panas dari elektron sama dengan nol, karena itu pada 0o K semikonduktor murni bersifat isolator. Sebaliknya, kalau semikonduktor murni dijaga pada temperatur kamar, beberapa elektron pita valensi memperoleh cukup energi, melompat ke dalam pita hantaran, dan menjadi bebas. Tempat-tempat kosong yang terbentuk dalam pitabvalensi dari semikonduktor kalau  beberapa elektron pita valensi melompat ke dalam pita hantaran yang diberi istilah lobang ( hole ). Lobang membawa muatan yang besarnya sama dengan muatan elektron dan jumlah elektron terbangkitkan panas selalu sama dengan jumlah lobang. Jadi, ni dan  pi berturut-turut menunjukkan konsentrasi elektron dan lobang, maka ni= pi. Persamaan ni atau pi dinamakan konsentrasi pembawa intrinsik. Elektorn dalam pita hantaran dan lobang-lobang dalam pita valensi bebas dan  bergerak dalam kristal secara acak akibat energi panas. Tegangan luar yang di berikan ke semikonduktor digabung dengan gerakan panas acak elektron dan lobang menghasilkan kecepatan simpangan

( drift ). Kecepatan ini menaikkan aliran arus. Jadi, kalau

semikonduktor dihubungkan kebaterai, arus disusun oleh elektron-elektron bebas dalam  pita hantaran dan lobang-lobang bebas dalam pita valensi. Elektron bergerak menuju elektroda positif sedangkan lobang-lobang bergerak menuju elektroda negatif dari  baterai. Arus yang disebabkan oleh gerakan kebalikan dari dua pembawa muatan ini saling menambahkan, karena lobang membawa muatan positif. Dalam peristiwa semikonduktor kovalen Ge dan Si, pembangkit elektron dan lobang dan geraknya dapat dimengerti dengan menganggap susunan kristal . Germanium merupakan unsur grup IV dari tabel periodik, sehingga masingmasing atom mempunyai empat elektron valensi. Elektron-elektron valensi dipegang oleh ikatan-ikatan kavalen dengan lektron-elektron valensi dari empat atom germanium  berdekatan. Kalau satu elektron valensi menerima energi panas yang cukup maka elektron tersebut memutuskan ikatan kovalennya dan menjadi bebas. Satu pasangan elektron lobang dengan demikian muncul. Kalau satu lobang terbentuk, maka elektron valensi yang berdekatan, yang mempunya energi panas yang cukup dapat melompat ke dalamlobang tersebut dan terbentuk kembali ikatan. Dalam hal ini, elektron tersebut membuat lobang pada kedudukan sebelumnya. Hal ini mengakibatkan gerakan lobang

dari kedudukan A ke kedudukan B. Jadi, gerakan lobang terjadi menurut arah yang  berlawanan dengan arah elektron valensi. 2.3 Pembagian Sifat Semikonduktor

Sifat semikonduktor dibagi menjadi 2 yaitu : 2.2.1 Semikonduktor intrinsik Semikonduktor intrinsik merupakan semikonduktor yang terdiri atas satu unsur saja, misalnya

Si saja atau Ge saja.

Pada Kristal semikonduktor Si, 1 atom Si

yang memiliki 4 elektron valensi berikatan dengan 4 atom Si lainnya. Pada kristal semikonduktor instrinsik Si, sel primitifnya berbentuk kubus.Ikatan yang terjadi antar atom Si yang berdekatan adalah ikatan kovalen. Hal ini disebabkan karena adanya  pemakaian 1 buah elektron bersama oleh dua atom Si yang berdekatan. Menurut tori pita energi, pada 0 K T  pita valensi semikonduktor terisi penuh elektron, sedangkan pita konduksi kosong. Kedua pita tersebut dipisahkan oleh celah energi kecil, yakni dalam rentang 0,18 -3,7eV. Pada suhu kamar Si dan Ge masingmasing memiliki celah energi 1,11 eV dan 0,66 eV. Bila mendapat cukup energi, misalnya berasal dari energi panas, elektron dapat melepaskan diri dari ikatan kovalen dan tereksitasi menyebrangi celah energi. Elektron valensi pada atom Gelebih mudah tereksitasi menjadi elektron bebas daripada elektron valensi pada atom Si, karena celah energi Si lebih besar dari pada celah energi Ge. Elektron ini bebas bergerak diantara atom. Sedangkan tempat kekosongan elektron disebut hole. Dengan demikian dasar pita konduksi dihuni oleh elektron,dan puncak pita valensi dihuni hole. Sekarang, kedua pita terisi sebagian, dan daat menimbulkan arus netto bila dikenakan medan listrik. Pada semi konduktor intrinsik, konduksi tersebut oleh disebabkan oleh proses intrinsik dari bahan adanya pengaruh tambahan. Kristal- kristal Si dan Ge murni adalah semi konduktor instrinsik. Elektron-elektron yang dikeluarkan dari bagian teratas bagian  pita valensi ke bagian pita thermal adalhan penyebab konduksi. Banyaknya elektron yang terkuat untuk bergerak celah energi dapat dihitung dengan distribusi kemungkinan Fermi-Dirac sebagai berikut:

Dimana : Efadalah tingkat Fermi Kadalah konstanta Boltzman sebesar 8, 64 .10-5 E-EFadalah sama dengan Eg/ 2 Egadalah besaran energi thermal KT pada suhu kamar (0, 026 e V) Karena nilai 1 pada penyebut dapat diabaikan, maka persamaan 11-1 diatas dapat ditulis:

Pada suhu 00C semua pita elektron berada di pita valensi. Pada daerah ini kemungkinan adanya elektron adanya didaerah 0 > E > EF adalah 100 % atau P(є) = 1; semua keadaan terdapat elektron. Untuk E >EF, P (E) = 0 kemungkinan elektron di daerah E > EF adlah 0 %, semua keadaan diatas EF adalah kosong kalau energy elektron E sama besarnya dengan kemungkinan P (E). Karena perpindahan elektron-elektron dari pita valensi, maka pada pita valensi terjadi lubang di setiap tempat yang ditinggalkan elektron tersebut.Suatu semi konduktor intrinsik mempunyai pita lubang yang sama dengan pita valensi dsan elektron pada pita konduksi. Pada pemakaian, elektron yang lari ke pita valensi, misalnya karena panas dapt dipercepat menggunakan keadaan kosong yang memungkinkan pada pita konduksi. Pada waktu yang Sama lubang-lubang pada pita valensi juga bergerak tetapi berlawanan arah dengan gerakan elektron. Konduktivitas dari semi konduktor intrinsik tergantung konsentrasimuatan pembawa tersebut yaitu ne dan NH. 2.2.2 Semikonduktor ektrinsik Semikonduktor yang telah terkotori (tidak murni lagi) oleh atom dari jenis lainnya dinamakan semikonduktor ekstrinsik. 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 elektron maupun hole dalam pita energi. Dengan demikian, konsentrasi elektron dapat menjadi tidak sama dengan konsentrasi hole,

namunmasing-masing

bergantung

pada

konsentrasi

dan

jenis

bahan

ketidakmurnian. Dalam aplikasi terkadang hanya diperlukan bahan dengan pembawa muatan elektron saja, atau hole saja. Hal ini dilakukan dengan doping ketidakmurnian ke dalam semikonduktor. Pada semi konduktor ekstrinsik, konduksi dapat dilakukan setelah adanya penyuntikan bahan penambahan atau pengotoran dari luar. Proses penyuntikan  bahan tersebut disebut dengan doping . Penambahan bahan tersebut kepada semi konduktor murni akan meningkatkan konduktivitas semi konduktor. Suatu bahan yang didoping dengan elemen kolom 5 pada susunan berkala seperti P, As atau Sb . Terdapat tiga jenis semikonduktor ekstrinsik yaitu semikonduktor tipe-n, semikonduktor tipe-p, dan semikonduktor paduan. Semikonduktor Ekstrinsik Tipe-n Semikonduktor dengan konsentrasi elektron lebih besar dibandingkan konsentrasi holedisebut semikonduktor ekstrinsik tipe-n. Semikonduktor tipe-n menggunakan semikoduktor intrinsik dengan menambahkan atomdonoryang berasal dari kelompok V  pada susunanberkala, misalnya Ar (arsenic), Sb (Antimony), phosphorus (P). Atom campuran ini akan menempati lokasi atom intrinsik didalam kisi kristal semikonduktor. Konsentrasi elektron pada Si dan Gedapat dinaikkan dengan proses doping unsur valensi 5. Sisa satu elektron akan menjadi elektron bebas, jika mendapatkan energi yang relatif kecil saja (disebut sebagai energi ionisasi). Elektron ini akan menambah konsentrasi elektron pada pita konduksi. Elektron yang meninggalkan atom pengotor yang menjadiion disebut dengan elektron ekstrinsik. Keberadan impuriti donor digambarkan dengan keadaan diskrit pada energi gap pada posisi didekat pita konduksi. Pada Gb. IV ditunjukkan kristal Si yang di doping dengan P. Pada gambar tersebut, 4 dari 5 elektron kelima dari atom P tidak mempunyai dengan atom semula dan dapat diasumsikan berputar mengelilngi inti hydrogen. Namun demikian, mempunyai sebuah perbedaan yang penting.

Elektron dari phosphor adalah bergerak pada Medan listrik dari Kristal silikon dan bukan pada ruang bebas seperti halnya pada atom H. Hal ini membawa akibat konstanta dielektrik dari Kristal dari perhitungan orbital dan radius orbit elektron menjadi sangat besar kira  – kira 80 A0 dibandingkan 0, 5 A0 dari orbit hydrogen. Ini dapat diartikan bahwa elektron ke- 5 tersebut bebas dari tingkat energinya berdekatan dengan pita konduksi lebih cepat terlaksan dari pada pita eksistansi. Dari pita valensi kristal Si.Atom P dinamakan mendonorkan elektronnya pada semi konduktor. Tingkat energy dari elektron ke- 5 dinamakan tingkat donor. Semi konduktor yang didonorkan dari elemen-elemen pada nomor kolom 4 (mendonorkan muatan negatif) disebut semi konduktor tipe n. 2.4 Karakterisasi Bahan Semikonduktor

Semikonduktor elemental terdiri atas unsur  –   unsur pada system periodik golongan

IV

A

seperti

silikon

(Si),

Germanium

(Ge)

dan

Karbon

(C).Karbon semi konduktor ditemukan dalam bentuk Kristal intan.Semikonduktor intan memiliki konduktivitas panas yang tinggi sehingga dapat digunakan dengan efektif untuk mengurangi efek panas pada pembuatan semikonduktor laser. Semikonduktor gabungan (kompon) terdiri atas senyawa yang dibentuk dari logam unsur periodik golongan IIB dan IIIA (valensi 2 dan 3) dengan non logam pada golongan VA dan VIA (valensi 5 dan 6) sehingga membentuk ikatan yang stabil (valensi 8). Semikonduktor gabungan III dan V misalnya GaAs dan InP, sedangakan gabungan II dan VI misalnya CdTe dan ZnS.

Silikon dan germanium merupakan dua jenis semikonduktor yang sangat penting dalamelektronika.Keduanya terletak pada kolom empat dalam tabel periodik dan mempunyaielektron valensi empat. Struktur kristal silikon dan germanium berbentuk tetrahedraldengan setiap atom memakai bersama sebuah elektron valensi dengan atomatomtetangganya. Gambar 6.1 memperlihatkan bentuk ikatan kovalen dalam dua dimensi.Pada temperatur mendekati harga nol mutlak, elektron pada kulit terluar terikat denganerat sehingga tidak terdapat elektron bebas atau silikon bersifat sebagai insulator. Energi yang diperlukan mtuk memutus sebuah ikatan kovalen adalah sebesar 1,1eV untuk silikon dan 0,7 eV untuk germanium. Pada temperatur ruang (300K),sejumlah elektron mempunyai energi yang cukup besar untuk melepaskan diri dari ikatan dan tereksitasi dari pita valensi ke pita konduksi menjadi elektron bebas (gambar6.2).Besarya energi yang diperlukan untuk melepaskan elektron dari pita valensi kepita konduksi ini disebut energi terlarang (energy gap). Jika sebuah ikatan kovalenterputus, maka akan terjadi kekosongan atau lubang (hole). Pada daerah dimana terjadikekosongan akan terdapat kelebihan muatan positif, dan daerah yang ditempati electron bebas mempunyai kelebihan muatan negatif. Kedua muatan inilah yang memberikankontribusi adanya aliran listrik pada semikonduktor murni. Jika elektron valensi dariikatan kovalen yang lain mengisi lubang tersebut, maka akan terjadi lubang  baru ditempat yang lain dan seolah-olah sebuah muatan positif bergerak dari lubang yang lamake lubang baru.Proses aliran muatan ini, yang biasa disebut sebagai “arus drift” dapat dituliskansebagai berikut “Peristiwa hantaran listrik pada semikonduktor adalah akibatadanya dua partikel masing-masing bermuatan positif dan negative yang bergerak dengan arah yang  berlawanan akibat adanyapengaruh medan listrik”Akibat adanya dua pembawa muatan tersebut, besarnya rapat arus dinyatakan sebagai: konduktivitas (S cm-1)Karena timbulnya lubang dan elektron terjadi secara serentak, maka padasemikonduktor murni. Besar energi yang dibutuhkan untuk membentuk pasangan elektron dan hole pada semikonduktor intrinsik ditentukan oleh  jarak celah energi antara pita valensi dengan pita konduksi semakin jauh jaraknya maka semakin besar energi yang dibutuhkan untuk membentukelektron  –   hole sebagai  pembawa

muatan.

Pada

Si

dibutuhkan

energi

Eg

=

1,12

eV.

Semikonduktor Ekstrinsik (Tak Murni) Kita dapat memasukkan pengotor berupa atom-atom dari kolom tiga atau lima dalamtabel periodik (memberi doping) ke dalam silikon atau germanium murni (lihat gambar 2) Elemen semikonduktor beserta atom pengotor uang biasa digunakan. 

Semikonduktor tipe-n Semikonduktor tipe-ndapat dibuat dengan menambahkan sejumlah kecil atom

 pengotorpentavalen (antimony, phosphorus atau arsenic) pada silikon murni. Atomatompengotor (dopan) ini mempunyai lima elektron valensi sehingga secara efektif memiliki muatan sebesar +5q. Saat sebuah atom pentavalen menempati posisi atom silicon dalam kisi kristal, hanya empat elektron valensi yang dapat membentuk ikatan kovalenlengkap, dan tersisa sebuah elektron yang tidak berpasangan (lihat gambar 6.3).Dengan adanya energi thermal yang kecil saja, sisa elektron ini akan menjadi electron bebas dan siap menjadi pembawa muatan dalam proses hantaran listrik. Material yangdihasilkan

dari

proses

pengotoran

ini

disebut

semikonduktor

tipe-

nkarenamenghasilkan pembawa muatan negatif dari kristal yang netral. Karena atom  pengotor memberikan elektron, maka atom pengotor ini disebut sebagai atom donor.



Semikonduktor tipe-p Dengan cara yang sama seperti pada semikonduktor tipe-n, semikonduktor tipe-

 pdapatdibuat dengan menambahkan sejumlah kecif atom pengotor trivalen (aluminium,  boron,galium atau indium) pada semikonduktor murni, misalnya silikon murni. Atom-

atompengotor (dopan) ini mempunyai tiga elektron valensi sehingga secara efektif hanyadapat membentuk tiga ikatan kovalen. Saat sebuah atom trivalen menempati  posisiatom silikon dalam kisi kristal, terbentuk tiga ikatan kovalen lengkap, dan tersisasebuah muatan positif dari atom silikon yang tidak berpasangan (lihat gambar 6.4) yangdisebut lubang (hole). Material yang dihasilkan dari proses pengotoran ini disebutsemikonduktor tipe-pkarena menghasilkan pembawa muatan negatif pada kristal yangnetral. Karena atom pengotor menerima elektron, maka atom pengotor ini disebutsebagai atom aseptor (acceptor).



Generasi dan Rekombinasi

Proses generasi (timbulnya pasangan elektron-lubang per detik per meter kubik)tergantung pada jenis bahan dan temperatur. Energi yang diperlukan untuk  prosesgenerasi dinyatakan dalam elektron volt atau eV. Energi dalam bentuk temperatur Tdinyatakan dengan kT, dimana kadalah konstanta Boltzmann. Analisa secara statistic menunjukkan bahwa probabilitas sebuah elektron valensi menjadi elektron bebas adalahsebanding dengan e eVG kT  / . Jika energi gapeVGberharga kecil dan temperatur Ttinggimaka laju generasi termal akan tinggi.Pada semikonduktor, elektron

atau

lubang

yang

bergerak

cenderungmengadakan

rekombinasi

dan

menghilang.Laju rekombinasi (R), dalam pasanganelektron-lubang per detik per meter kubik, tergantung pada jumlah muatan yang ada.Jika hanya ada sedikit elektron dan lubang maka Rakan berharga rendah; sebaliknya Rakan berharga tinggi jika tersedia elektron dan lubang dalam jumlah yang banyak.Sebagai contoh misalnya pada semikonduktor tipe-n, didalamnya hanya tersedia sedikitlubang tapi terdapat jumlah elektron yang sangat besar sehingga Rakan berharga sangattinggi. Dimanarmenyatakan konstanta proporsionalitas bahan.Dalam kondisi setimbang, besamya laju generasi adalah sama dengan besarnyalaju rekombinasi atau dengan kata lain perkalian konsentrasi elektron dan lubang menghasilkan suatukonstanta, jika salah satu dinaikkan (melalui  proses doping), yang lain harus berkurang.Bahan Semikonduktor61. Jika kita menambanhkan atom pengotor pada semikonduktor murni, praktis semua atomdonor atau aseptor terionisasi pada suhu ruang. Pada semikonduktor tipe-n, konsentrasiatom donor ND>>. Model

Setara Penguat

Secara umum penguat (amplifier) dapat dikelompokkan menjadi 3 (tiga), yaitu  penguat tegangan, penguat arus dan penguat transresistansi. Pada dasarnya kerja sebuah  penguatadalah mengambil masukan (input), mengolahnya dan menghasilkan keluaran (output) yang besarnya sebanding dengan masukan. Besarnya tegangan keluaran (vo) dibandingkan dengan tegangan masukan (vi) dinyatakan sebagaiv = A v. Pada paragrap sebelumnya telah dijelaskan bagaimana semikonduktor sambungan  NPN atau PNP terbentuk menjadi sebuah transistor. Pada beberapa rangkaian elektronik transistor sering difungsikan sebagai elemen penguat dan saklar terkendali. Dua hal yang membedakan, bila transistor dioperasikan sebagai penguat pemberian tegangan bias diletakkan pada daerah aktif (linier), sedangkan apabila transistor bekerjasebagai saklar

 pemberian tegangan bias berada pada daerah hantaranpenuh/sumbatan penuh (non linier). Karakteristik

masukan

Untuk memudahkan pengertian secara kualitatif perilaku dari bentukkarakter listik masukan dan keluaran suatu transistor dapat dipandang sebagai ekivalen dari dua  buah

dioda

yang

saling

bertolak

belakang

dengan

posisi

katodanya

saling

dihubungkan.Gambar 1 memperlihatkan suatu simbol dan rangkaian pengganti transistor-npn, dimana pada daerah aktif susunan dioda antara emitor-basis mendapat tegangan bias maju (forward biased).Suatu sifat penting dari karakteristik masukan arus tegangan adalah menyerupai sifat sumber tegangan konstan yang ditandai dengan adanya tegangan ambang (V) dengan arus emitor kecil.Umumnya, besarnya tegangan ambang (V) kira-kira