View
145
Download
2
Category
Preview:
DESCRIPTION
kelompok erna dan ilham
Citation preview
Jurusan Teknik Elektro : 1. Ernawati
2. M Ahimsa Ilham
TUGAS KELOMPOK 1 Materi : -Tingkat Energi Pada Zat Padat
-Transport Sistem Pada Semikonduktor
PENDAHULUAN
ZAT PADAT
Sifat sifat zat padat bergantung pada: Jenis atom penyusunnya Struktur materialnya
Berdasarkan struktur atom dalam zat padat dikenal dua macam zat padat, yaitu kristal dan amorf.
Jenis ikatan pada zat padat : ikatan ion, kovalen, logam, Van der Waals atau ikatan Hidrogin
adalah zat padat yang susunan atom atom atau molekul memiliki keteraturan pada jarak panjang dan berulangPerhatikan perbedaan susunan atom antara kristal dan amorf
Kristal Amorf
KRISTAL
4
Kekerasan Zat Padat
Mengapa Intan dan Arang
yang disusun oleh atom atom
yang sama, yaitu atom karbon
memiliki kekerasan yang berbeda?
PERHATIKAN SUSUNAN KRISTAL INTAN DAN KARBON
Intan Karbon
Bandingkan perbedaanya Intan Carbon
Atomatomnya hanya terikat kuat pada tiap lembaran, sedangkan ikatan antar atom pada lembaran yang berdekatan relatif lebih lemah
• Berwarna hitam• Tidak keras• Mudah di buat dan murah
Atom atom karbon saling mengikat dengan kuat dalam pola tertutup
* Berwarna bening * Sangat keras* Merupakan batu perhiasan yang sangat mahal
IKATAN PADA KRISTAL
JENIS IKATAN
ASAL IKATAN
SIPAT
Jenis Ikatan Asal ikatan Sifat
Kovalen Patungan elektron
Sangat keras;titik lebur tinggi;larut dalam sedikit cairan; transparan terhadap cahaya tampak
Ionik
Gaya tarik menarik elektrostatik antara ion positif dan ioan negatif
Keras; titk lebur tinggi; mungkin larut dalam cairan polar seperti air
Logam
Gaya tarik menarik elektrostatik antara ion positif logam dengan awan elektron
Berkilauan,;menghantarkan kalor dan listrik dengan baik
Van der Waals
Gaya Van der Waals akibat distribusi muatan yang tidak simetris
Lunak; titik lebur dan titik didih rendah ;larut dalam cairan kovalen
Hidrogin
Gaya tarik menarik elektrostatik kuat antara hidrogin pada satu molekul dengan atom N, O atau F
Lebih kuat dari ikatan Van der Wals, titik lebur dan titik adidih lebih tinggi dari ikatan Van der Wals
Tingkatanene rgi dalam satu kelompok yang berdekatan
3 s3 s
En
ergiTingkat energi 3s atom 2 natrium yang berdekatan
Tingkat energi 3s enam atom Natrium yang saling berdekatan
En
ergi
TINGKATAN ENERGI
Tingkatan energi kulit dalam
Tingkatan energi kulit luar
Pita E
nergi
Atom TunggalAtom Banyak
Berdekatan
Celah terlarang besar
Celah terlarang kecil
Pita valensi
Pita konduksi
Konduktor Isolator Semi- konduktor
DISTRIBUSI ENERGI
kosongKosong
Kosong
TRANSPORT SISTEM PADA SEMI KONDUKTOR
Bagian yang gelap menyatakan bagian yang mempunyai muatan total positif, berasal dari inti atom dan elektron bagian dalam yang terikat kuat.
Titik hitam menggambarkan elektron luar atau elektron valensi dari atom.
Bayangkan suatu logam dapat dibayangkan sebagai suatu ruang yang mengandung kisi-kisi ion berat, yang periodik dalam tiga dimensi, yang saling mengikat dengan kuat dan diantaranya diisi oleh kawanan elektron yang bergerak kian kemari.
Gambaran gas elektron dari logam
TEORI GAS ELEKTRON DARI LOGAM
Elektron terus menerus bergerak yang arahnya selalu berubah-ubah setelah mengalami tumbukan dengan ion yang berat (yang hampir selalu diam).
Jarak rata-rata antara dua tumbukan disebut jarak bebas rata-rata.
Gerak elektron yang acak mengakibatkan pada suatu saat elektron yang bergerak melalui suatu satuan luas dalam logam dalam dua arah yang berlawanan rata-rata sama banyaknya. Oleh karena itu arus rata-ratanya sama dengan nol.
Kecepatan Hanyut V- Arahnya berlawanan dengan arah medan
listrik.- Kecepatan dalam waktu t antara dua
tumbukan adalah at, dimana a = q / m adalah percepatan.
- Kecepatan V berbanding lurus dengan .
- (m kuadrat per detik) disebut mobilitas dari elektron.
ELEKTRON & HOLE DALAM SEMIKONDUKTOR INTRINSIK
K
onduktivitas berbanding lurus dengan konsentrasi n dari elektron bebas.
K
onduktor yang baik n = elektron/meter kubik
I
solator n =
S
emikonduktor harga n diantara konduktor dan isolator
Ikatan Kovalen
Struktur kristal Ge dilukiskan secara simbolik dalam dua dimensi
Elektron valensiIkatan kovalen Atom Germanium mempunyai 32
elektron .
Setiap atom menyumbangkan 4 elektron.
Merupakan atom tentravalen.
Mempunyai muatan listrik + 4 dalam satuan muatan listrik elektron.
Setiap elektron valensi dari germanium dimiliki bersama dengan sebuah dari empat atom germanium yang bertetangga dekat.
Mempunyai konduktivitas yang rendah
HOLE Pada temperatur sangat rendah kristal
berperilaku sebagai isolator. Pada temperatur kamar, beberapa dari
ikatan kovalen akan patah oleh energi panas yang diberikan kepada kristal dan konduksi dimungkinkan.
Energi Eg yang diperlukan untuk mematahkan ikatan kovalen : Germanium : 0.72 eV Silikon : 1.1 eV
Ikatan kovalen yang tidak lengkap disebut lubang.
Kristal Germanium dengan satu ikatan kovalen yang patah
Dalam semikonduktor intrinsik (murni) banyaknya lubang sama dengan banyaknya elektron bebas.
Konsentrasi (rapat) lubang p harus sama dengan konsentrasi (rapat) elektron n, sehingga :
disebut konsentrasi atau rapat intrinsik
TAKMURNIAN DONOR DAN AKSEPTOR
A
pabila kita tambahkan pada silikon atau germanium murni (intrinsik)
atom-atom yang bervalensi tiga atau lima maka terbentuk
semikonduktor yang takmurni, yang ekstrinsik.
D
onor-donor•Apabila atom tak murnian mempunyai lima elektron
valensi, maka atom takmurnian akan menggeser beberapa atom germanium dari kisi-kisi kristal.
•Empat dari lima elektron valensi akan mengisi ikatan kovalen dan yang kelima akan terlepas dan dapat digunakan sebagai pembawa arus.
•Energi yang diperlukan untuk melepas elektron adalah :•Ge = 0.1 eV•Si = 0.05 eVContoh : antimurnian (Sb), Fosfor dan Arsenikum• Takmurnian ini memberikan kelebihan elektron sebagai
pembawa muatan negatif, dikenal sebagai donor atau tipe-n.
AkseptorApabila suatu takmurnian trivalen ditambahkan pada
semikonduktor intrinsik hanya tiga ikatan kovalen yang diisi.Kekosongan yang terjada pada ikatan keempat membentuk
lubang.Takmurnian serupa menyediakan pembawa positif oleh
karen takmurnian tersebut menciptakan lubang dan dapat menerima elektron, dikenal sebagai akseptor atau tipe-p.
Hukum Aksi-MassaPenambahan takmurnian tipe-n, mengurangi banyaknya
lubang.Penambahan takmurnian tipe-p, menurunkan rapat
elektron bebas.
“Perkalian dari rapat muatan negatif yang bebas dan muatan yang positif, merupakan suatu tetapan dan tidak bergantung pada banyaknya donor dan akseptor”
Dalam semikonduktor tipe-n, elektron2 disebut pembawa mayoritas sedangkan lubang adalah pembawa minoritas.Dalam semikonduktro tipe-p, lubang merupakan pembawa mayoritas dan elektron pembawa minoritas.
RAPAT MUATAN DALAM SEMIKONDUKTOR•Rapat muatan positif = ND + p
•Rapat muatan negatif = NA + n
•Pada semikonduktor netral, besarnya muatan positif sama dengan besar muatan negatif :
ND + p = NA + n
•Pada semikonduktor tipe n, banyaknya elektron lebih besar dari banyaknya lubang (n >> p) sehingga :
nn = ND
•Rapat Lubang dalam semikonduktor tipe-n adalah :
ni 2
pn = ----------
ND
•Untuk semikonduktor tipe-p adalah :
ni 2
np = ----------
NA
SIFAT ELEKTRIK
Sifat Listrik dari Logam dan Semikonduktor :
•Logam :•Bersifat unipolar, menghantar arus hanya dengan muatan-muatan (elektron-elektron) yang menpunyai satu tanda saja.
•Semikonduktor :•Bersifat bipolar, mengandung pembawa-pembawa arus dengan muatan yang berlawanan.
PENENTUAN KONSENTRASI PEMBAWA
D
ari teori tentang Hukum Aksi-Massa maka didapat :“Bahwa dengan memberi takmurnian pada semikonduktor intrinsik tidak
hanya menaikkan konduktivitas, tapi dapat juga digunakan utk menghasilkan semikonduktor dengna pembawa listrik, sebagian terbedar lubang atau sebagian tebesar elektron “
D
alam semikonduktor tipe-n, elektron-elektron disebut pembawa
mayoritas dan lubang adalah pembawa minoritas.
D
alam semikonduktor tipe-p, lubang merupakan pembawa mayoritas dan
elektron pembawa minoritas.
PERSAMAAN ALIRAN ARUS & PERSAMAAN POISSON
Persamaan Aliran arus :
J =
Persamaan Poisson :
=
adalah permitivitas.
Terima Kasih
Wassalamu’alaikum Wr. Wb
Recommended