Download - BAB VIII KRISTAL SEMIKONDUKTOR
BAB VIIIKRISTAL SEMIKONDUKTORKRISTAL SEMIKONDUKTOR
MATERI :8.1.Kristal semikonduktor intrinsik.
8.1.1.teknik pengukuran celah energi.8.1.2.massa efektif8.1.3.lima alasan hole dianggap sebagai partikel
bermuatan positif.8.1.4.konsentrasi elektron8.1.4.konsentrasi elektron8.1.5.konsentrasi hole.
8.2.Kristal semikonduktor ekstrinsik.8.2.1. tingkat energi donor8.2.2. tingkat energi akseptor8.2.3. konsentrasi elektron8.2.4.konsentrasi hole.
INDIKATORMahasiswa harus dapat : menjelaskan teknik pengukuran celah energi. menjelaskan arti fisis dari massa effektif. menjelaskan 5 alasan mengapa hole dapat
dianggap sebagai partikel bermuatan positif. menghitung konsentrasi elektron/hole dalam
semikonduktor intrinsik. menentukan tingkat energi atom-atom
donor/akseptor menghitung konsentrasi elektron/hole dalam
semikonduktor ekstrinsik.
JENIS SEMIKONDUKTOR
INTRINSIK
Semikonduktor murni (tanpa pengotor)
Contoh golongan IV A (Si, Ge, Ga)
EKSTRINSIK
Semikonduktor tidak murni (karena sudah disisipi atom atom lain)
Golongan IIIA dan VA dapat digunakan untuk mengotori semikonduktor murni.
JENIS SEMIKONDUKTORJENIS SEMIKONDUKTOR• Semikonduktor intrinsik
JENIS SEMIKONDUKTOR Semikonduktor ekstrinsik
Sel primitif silikon berbentuk kubus
E
Satu buah elektron yang dipakai bersama
Si
Si g k vE E E kEvE
k
Cara Mengukur Celah Energi
Penyerapan langsung
Penyerapan
Penyerapan tak langsung
Penyerapan
gE E
E gE
E
fonon foton
•Penyerapan tak langsung•Penyerapan langsung
PERSAMAAN GERAK ELEKTRON DALAM SEBUAH PITA ENERGI
KECEPATAN KELOMPOK UNTUK BEBERAPA FUNGSI GELOMBANG
dk
dVg
E
Frekuensi sudutE = energi
2h
14,3.2
10.63,6 34 js
Jadi : )(1
)()( Edk
dE
dk
d
dk
dVg
)(1
kEVg
Atau ,
Usaha yang dilakukan oleh medan listrik pada elektron :
tVEexFE g ...
Kita ketahui bahwa kdk
dEE
Maka persamaan (1) menjadi
gVdk
dE kVE g
Bila kita bandingkan persamaan 2 dan 3
kV
tVEe
E
E
g
g
teE
k eEkdk
tk
makaeE
tdt
dkF
dt
atau
Jadi
Persamaan gerak elektron
Massa Effectif (m*)Massa Effectif (m*)
Turunkan persamaan Vg terhadap waktu (t)
d(V ) =
2d dk
21
g
d d d dV
dt dt dk dkdt
dt
d(Vg) = (ħ-1) 2dk
d
dt
dk
dari persamaan gerak kita ketahui bahwa ,
F
dt
kd
Maka bila di substitusi kepersamaan menjadi,
dt
d(Vg) = ħ-1
F
dk
d2
2 ataudt
d(Vg) = ħ-2 F
dk
d 2
2
Karena :dt
d(Vg)= percepatan
F = gaya
*
12
22
mdk
d
Dengan m* adalah massa effektif
maka
Perbedaan Antara Hole dan Elektron
e hK K
( ) ( )h h e eK K
h eV V 1 dV
dk
1.
2.
3.dk
h em m
1hh h
dKF e E V B
dt c
1e
e edK
F e E V Bdt c
h eF F
4.
5.
Konsentrasi Elektron (pembawa) dalam semikonduktor murni (instrinsik) terhadap: celah energi (Eg)
Syarat dari Distribusi Fermi Dirac adalah:
Partikelnya tak terbedakan Berlaku eklusif Pauli Jumlah partikel N tidak boleh terlalu besar dari harga degenerasi
(g) di setiap tingkat.(g) di setiap tingkat.
( ) /
1
1BK Tf E
e
Distribusi Fermi Dirac :
Untuk ( ) /( ) /
1B
B
K TK T
f E ee
( ) BK Tf E e
TKB
Bila energi sebuah elektron dalam pita konduksi adalah:
2 2
2e Ke
K
m
E
P.V
P.K
EV
EK
Elektron dengan energi kinetik sebesar: 2 2
2 e
K
m
2 em
3 2
1 22 2
2( )
2e
V meD energi elektron
3 2
1 22 2
2( )
2e K
V meD E
Rapat Keadaan Untuk Elektron
Jumlah elektron dalam pita konduksi adalah:
d)(f)(DN e
~
e
k
dimana Tk/)(
eBe)(f
de
m2
2
VN Tk/)(2/1
k
2/3
2e
~
2B
k
Konsentrasi elektron adalah V
Nne Konsentrasi elektron adalah
Vne
de
m2
2
1n Tk/)(2/1
k
2/3
2e
~
2eB
k
dee
m2
2
1n Tk/2/1
k
~Tk/
2/3
2e
2eB
k
B
Tk/)(
2/3
2Be
eBke
2
Tkm2n
Tk/)(
2/3
2Be
eBke
2
Tkm2n
• Merupakan persamaan yang menyatakan konsentrasi elektron
dalam pita konduksi, tetapi belum merupakan fungsi
• Untuk menjadikan persamaan 6 sebagai fungsi terlebih
dahulu kita hitung konsentrasi hole dalam pita valensi
gE
gE
Distribusi Fermi Dirac untuk Hole
EEF
hf
cf
f1h ef f
( ) /
11
1Bh K T
fe
EEF
( ) /
( ) / ( ) /
1 1
1 1
B
B B
K T
h K T K T
ef
e e
( ) /
( ) / 1
B
B
K T
h K T
ef
e
( ) /
11
1B
h
K T
f
e
( ) /
1
1 Bh K T
fe
( ) / BK T
hf e ( ) BK T �Untuk: hf e( ) BK T �Untuk:
3 2
1 22 2
2( )
2h
V mhD Energi hole
3 2
1 22 2
2( )
2h V
V mhD E
hole
E
P.V
P.K
EV
EK
Rapat Keadaan Untuk Hole
Dengan cara yang sama pada elektron,makaJumlah hole dalam pita valensi
d)(f)(DN h
~
h
v
V
Nn p Konsentrasi hole adalah
3/ 2
1/ 2/ /2 2
~
21
2B B
vk T k Th
h v
mn e e d
Dengan cara yang sama untuk konsentrasi elektron, maka
3/ 2
( ) /2
22
v Bk Th Bh
m k Tn e
Untuk semikonduktor intrinsik : pe nn
Tk/)(
2/3
2BhTk/)(
2/3
2Be
peBvBk e
2
Tkm2e
2
Tkm2n.n
Tk/)(Tk/)(2/3
3
B ee)m.m(Tk
4n.n
Tk/)(Tk/)(2/3he2
Bpe
BvBk ee)m.m(2
Tk4n.n
Tk/ETk/)(pe
BgBvk ceecn.n
c
Jika maka pe nn Tk/ETk/)(2
p2
epeBgBvk ceecnnn.n
Tk/E
peBgcenn
Dan
Tk2/E4/3he
3
2B
peBge)m.m(
2
Tk2n.n
Jadi:
Aplikasi Dan Pengembangan Bahan Semikonduktor Transistor
Transistor adalah semikonduktor yang dipakai sebagai penguat, pemotong (switching), stabilisasi tegangan, modulasi sinyal
DiodaDioda berfungsi membatasi arah pergerakan muatan listrik, dioda hanya mengijinkan arus searah untuk mengalir ke satu dioda hanya mengijinkan arus searah untuk mengalir ke satu arah saja dan menghalangi aliran ke arah yang berlawanan.
Sel SuryaSel surya adalah sebuah alat semikonduktor yang terdiri dari sebuah wilayah-besar dioda p-n junction , di mana, dalam cahaya matahari mampu menciptakan energi listrik yang berguna
MikroposesorMikroprosesor (disingkat µP atau uP) adalah sebuah sentral procesing unit (CPU) elektronik komputer yang terbuat dari transistor mini dan sirkuit lainnya di atas sebuah sirkuit integrasi semikonduktor
Aplikasi Dan Pengembangan Bahan Semikonduktor
Untuk mendapatkan alat-alat semikonduktor yang bermutu tinggi, hal yangterpenting adalah mendapatkan kemurnian dan kesempurnaan dari kristaltunggal dari semikonduktor yang dipergunakan dalam pembuatan alat-alattersebut.
Aplikasi bahan semikonduktor :1. Transistror2. Dioda3. Sel surya4. Mikroposesor
APA ITU TRANSISTO
R?
1. TRANSISTOR
Transistor adalah alat semikonduktor yang dipakai sebagai penguat, pemotong (switching), stabilisasi tegangan, modulasi sinyal atau fungsi lainnya(switching), stabilisasi tegangan, modulasi sinyal atau fungsi lainnya
Jenis-jenis transistor
E
C
B
C
E
B
PNP NPN
Gambar transistor
Secara umum, transistor dapat dibeda-bedakan berdasarkan banyakkategori:Materi semikonduktor : Germanium, Silikon, Gallium Arsenide.Kemasan fisik : Through Hole Metal, Through Hole Pllastic, SurfaceMount, IC, dan lain-lain.Tipe : UJT, BJT, JFET, IGFET (MOSFET), IGBT, HBT, MISFET,VMOSFET, MESFET, HEMT, dan lain-lain.VMOSFET, MESFET, HEMT, dan lain-lain.Polaritas : NPN atau N-channel, PNP atau P-channel.Maximum kapasitas daya : Low Power, Medium Power, High Power.Maximum frekuensi kerja : Low, Medium, atau High Frekuency, RFtransistor, Microwave, dan lain-lain.Aplikasi : Amplifier, Saklar, General Purpose, Audio, Tegangan Tinggi, danlain-lain.
2. DIODA
APA ITUDIODA
Sebuah dioda berfungsi sebagai versi elektronik dari katup searah. Dengan membatasi arah pergerakan muatan listrik, dioda hanya
mengijinkan arus listrik untuk mengalir ke satu arah saja dan menghalangi aliran ke arah lain.
Jenis-jenis dioda :
1. Dioda Cahaya
Sensor
2. Dioda Zener
Dioda Zener memiliki sifat yang sama dengan diodabiasa, kecuali bahwa alat ini sengaja dibuat untukdipakai dengan tegangan rusak yang dikurangi,disebut tegangan Zene
3. Dioda Foto
Dioda foto adalah komponen elektronikdan juga salah satu jenis fotodetektor.Hubungan p-n dari diode ini dibuatsensitive terhadap cahaya.
4. Dioda Laser
Dioda laser adalah sejenis laser di mana media aktifnya sebuahsemikonduktor persimpangan p-n yang mirip dengan yang terdapatpada dioda pemancar cahaya. Dioda laser kadang juga disingkat LDatau ILD.
Contoh alat elektronik dari aplikasi dioda laser
3. Sel Surya
APA ITUSEL SURYA
Sel surya atau sel photovoltaic, adalah sebuah alat semikonduktor yangterdiri dari sebuah wilayah besar dioda p-n junction, di mana dalamhadirnya cahaya matahari mampu menciptakan energi listrik yang berguna.
Contoh alat elektronik dari aplikasi sel suryaContoh alat elektronik dari aplikasi sel surya
4. MIKROPOSESOR
APA ITUMIKROPOSESOR
Sebuah mikroprosesor (disingkat µP) dalah sebuah central processing unit(CPU) elektronik computer yang terbuat dari transistor mini dan sirkuitlainnya di atas sebuah sirkuit terintegrasi semikonduktor.
Contoh alat elektronik dari aplikasi mikroprosesor
MATERI :8.1.Kristal semikonduktor intrinsik.
8.1.1.teknik pengukuran celah energi.8.1.2.massa efektif8.1.3.lima alasan hole dianggap sebagai partikel
bermuatan positif.8.1.4.konsentrasi elektron8.1.4.konsentrasi elektron8.1.5.konsentrasi hole.
8.2.Kristal semikonduktor ekstrinsik.8.2.1. tingkat energi donor8.2.2. tingkat energi akseptor8.2.3. konsentrasi elektron8.2.4.konsentrasi hole.
INDIKATORMahasiswa harus dapat : menjelaskan teknik pengukuran celah energi. menjelaskan arti fisis dari massa effektif. menjelaskan 5 alasan mengapa hole dapat
dianggap sebagai partikel bermuatan positif. menghitung konsentrasi elektron/hole dalam
semikonduktor intrinsik. menentukan tingkat energi atom-atom
donor/akseptor menghitung konsentrasi elektron/hole dalam
semikonduktor ekstrinsik.