Pertemuan%20<<15>>%20<<SEMI%20KONDUKTOR>>

1
Pertemuan ltlt15gtgtltltSEMI KONDUKTORgtgt

• Matakuliah ltltD0044gtgt/ltltPENGETAHUAN KIMIA
  BAHANgtgt
• Tahun ltlt2006gtgt
• Versi ltltBARUgtgt

2
Learning Outcomes

• Pada akhir pertemuan ini, diharapkan mahasiswa
• akan mampu
• ltlt TIK-19gtgt
• ltltTIK-20gtgt

3
Outline Materi

• Materi 1 BAHAN SEMI KONDUKTOR

4
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.

5
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.

6
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
7
Konduktivitas yang dihasilkan oleh sejumlah
pasangan electron dan lubang adalah
? ne q ?e nh q ?h
Dalam semikonduktor intrinsik
n ne nh
Sehingga ? n q (?e ?h)
8
Mobilitas elektron dalam suatu semi konduktor
lebih besar dari pada mobolitas lubang elektron
dalam semi-konduktor yang sama (?e gt ?h).
Contoh sela energi elemen semikonduktor
9
Sela energi intan/karbon (C) terlalu besar untuk
dapat menghasilkan pembawa muatan, sehingga intan
termasuk kelompok isolatorSilikon, germanium,
dan timah putih memiliki struktur yang sama dan
mempunyai pita yang tersisiKarena 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.

10
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
Persamaan konduktivitas dapat pula dituliskan
ln? ln?o - Eg/2kT
Jadi dari persamaan di atas dapat dilihat bahwa ?
meningkat bila T meningkat.
11
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).

12
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

13
Elektron atom fosfor yang ke lima dapat lepas
dari atom induk dengan energi tambahan sedikit
saja, dan diberikan pada pita konduksi sebagai
pembawa muatanLevel energi Ed, sedikit di bawah
puncak sela energi.
Semikonduktor jenis-N sebagai contoh akan
ditam-bahkan atom fosfor, yang memiliki 5
elektron valensi, ke dalam silikon yang memiliki
4 elektron valensi.
14
Atom aluminium dapat menerima sebuah elektron
dari pita valensi, sehingga meninggalkan sebuah
lubang elektron sebagai pembawa muatanLevel
energi akseptor Ea, sedikit di atas bagian bawah
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.
15
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.