material semikonduktor

Material Semikonduktor

Semikonduktor IntrinsikSilikon (Si), Germanium (Ge)• 4 elektron valensi• Ikatan kovalen

Elektron dan Hole

• Elektron pembawa muatan (-)• Hole pembawa muatan (+)

Mobilitas Muatan

Dua pembawa muatan:elektron (n) & hole (p)

Semikonduktivitas Terhadap Temperatur

• Konduktivitas Semikonduktor intrinsik meningkat dengan kenaikan temperatur?

Distribusi elektron yang mendapat energi termal:

Dimana: k = konstanta Boltzman = 86.1 x 10-6 eV/K T = temperatur (K)

T meningkat elektron bertambah σ meningkat

Foto Konduksi

• Foton sinar merah E = 1.9 eV• Silikon Eg = 1.1 eV

1.9 eV

1.1 eV

SEMIKONDUKTOR EKSTRINSIK

• Penambahan pengotor (ketidakmurnian) sehingga terdapat elektron dan hole tambahan

Tipe - n

antimony, phosphorus, arsenic• 5 elektron valensi• Pembawa muatan negatif (n)

• elektron “ke-lima” dari atom fospor menjadi elektron bebas yang bisa berpindah tempat

• elektron bebas bisa menghantar arus• pembawa muatannya adalah elektron

Konduktivitas tipe - n

konduktivitas:

jika pn diabaikan terhadap nn:

nn = konsentrasi elektron bebaspn = konsentrasi holeND = konsentrasi atom donorn2

2 = tetapan yg tidak bergantung pada donor dan akseptor

Tipe - p

aluminium, boron,galium atau indium• 3 elektron valensi• Pembawa muatan positif (p)

• elektron dari atom silikon pindah ke atom boron• Atom silikon terjadi “hole” yang kemudian menarik

elektron dari atom silikon lain di dekatnya• Proses berlanjut dimana pergerakan “hole”

menghasilkan arus

Konduktivitas tipe - p

konduktivitas:

jika pn diabaikan terhadap nn:

np = konsentrasi elektron bebaspp = konsentrasi holeNA = konsentrasi atom akseptorn2

2 = tetapan yg tidak bergantung pada donor dan akseptor

Contoh Soal 1:

Konsentrasi atom Germanium (Ge) adalah 4.41 x 1022 atom/cm3. Jika tiap 108 atom Ge dikotori 1 atom donor dan μn = 3800 cm2/V.s, tentukan konduktivitas semikonduktor tersebut?

Penggabungan Kembali

• Foto Konduksi : Energi (foton) e + h

• Penggabungan kembali: e + h Energi (foton)

Perpendaran cahaya

PERANGKAT SEMIKONDUKTOR

• Penghantar• Junction (dioda)• Transistor

Diodes

• N region has lots of free electrons • P region has lots of holes• At equilibrium: total number positive and negative

charges is the same (@ room temp)• At the pn junction the electrons and holes with different

charges form an electric field• In order to move electrons through the electric field

(generate current) we need some force (voltage)– This potential difference is called barrier voltage– When enough voltage is applied such that electrons are

moved then we are biasing the diode– Two layers of positive and negative charges for depletion

region – the region near the pn-junction is depleted of charge carriers)

Dioda

• Penyearah (arus)

Biasing Types of a Diode (Forward)

Cathode n region

Anode p region

A K

Moving electrons

Small dynamic resistance

VBias

np

Conventional Current Flow

Conventional Current FlowI (Forward)

Very SmallMoving Electrons:Reverse Current)

Biasing Types of a Diode (Reverse)

Cathode n region

Anode p region

A K

Large resistance

VBias

np

Conventional Current Flow

Holes are left behind; large depletion region

Instant pull of electrons

I-V characteristics of Ideal diode

I-V Characteristics of Practical Diode

I-V Characteristics of Practical Diode

I-V Characteristics of Practical Diode

Shockley Equation

1exp

T

DsD nV

vIi

q

kTVT

Is is the saturation current ~10 -14

Vd is the diode voltagen – emission coefficient (varies from 1 - 2 )k = 1.38 × 10–23 J/K is Boltzmann’s constant q = 1.60 × 10–19 C is the electrical charge of an electron. At a temperature of 300 K, we have

mV 26TV

Jenis Perangkat Junction p-n

• Diode• LED• Zener• Varactor• Varistor

LED

• e + h foton

Transistor

• Field Efect Transistor (FET)• Bipolar Junction Transistor (BJT)• Junction FET• Metal Oxide Semiconductor FET• Thyristor / Silicon Controlled Rectifier (SCR)• Gate Turn Off Thyristor (GTO)• Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT)

BJT

Tidak ada arus mengalir

IB << IC >>Gain β = IC / IB

Transistor

• Arus total yang melalui Collector (IC) dikendalikan oleh tegangan Emiter (VE)

• Bila tegangan emiter berubah-ubah, arus colektor berubah secara eksponensial

FET

• Tegangan diaplikasikan ke gate (input) untuk mengatur resistansi chanel (daerah unipolar antara gate)

• Souce dan Drain Emiter dan Collector Gate Base

• VGS >> , Depletion Region (kekurangan muatan) >>,

lebar chanel <<, R >>,

MOSFET

Dapat melewatkan arus yang lebih besar

Thyristor

• Bipolar Conducting Semiconduktor dengan empat lapisan N-P-N-P atau lebih

Contoh Soal 2

Suatu transistor mempunyai arus kolektor 4.7 mA jika tegangan emiter 17 mV. Sedangkan pada tegangan emiter 28 mV besar arus kolektor adalah 27.5 mA. Jika transistor tersebut diberikan tegangan emiter sebesar 39 mV, berapakah arus kolektornya?