SEMIKONDUKTORMURNI DAN

KETIDAKMURNIAN

OLEH KELOMPOK 2 :1. INDAH AYU SAFITRI

(12030224004)2. ADRIAN SJAHMI DEWANTO

(12030224005)3. NOVA AHADIYAH UTAMI

(12030224007)4. DESI NURILLAH

(12030224029)5. IKA KURNIA FINA S.

(12030224205)6. NUR WALIDATURRAHMAH

(12030224212)7. HIMAWAN EKA

(12030224216)

SEMIKONDUKTOR• Semikonduktor adalah suatu material

yang memiliki sifat konduktivitas listrik diantara konduktor dan isolator

• Semikonduktor sangat sensitif terhadap pengaruh suhu, cahaya atau medan magnet

Beberapa bahan semikonduktor

SEMIKONDUKTOR

SEMIKONDUKTOR

EKSTRINSIK

SEMIKONDUKTOR

INTRINSIK

• Semikonduktor Intrinsik merupakan semikonduktor yang mempunyai jumlah elektron bebas dan hole yang sama, tanpa mengandung bahan ketidakmurnian.

• Contoh dari bahan semikonduktor intrinsik (murni) adalah Silikon (Si) dan Germanium (Ge).

• Semikonduktor ekstrinsik merupakan semikonduktor intrinsik (murni) yang telah terkotori (didoping) dengan material bervalensi lain.• Terdapat tiga jenis

semikonduktor ekstrinsik yaitu semikonduktor tipe-n, semikonduktor tipe-p, dan semikonduktor paduan.

DOPING• Untuk meningkatkan konduktivitas, bahan

semikonduktor intrinsik dapat diolah dengan atom dari golongan III atau V dari tabel periodik. Proses ini disebut sebagai doping dan penambahan atom disebut sebagai dopan pengotor.• Hasil doping dari semikonduktor intrinsik dengan

atom dari golongan III atau V ini yang disebut sebagai semikonduktor ekstrinsik.

SEMIKONDUKTOR

EKSTRINSIK

SEMIKONDUKTOR

TIPE-N

SEMIKONDUKTOR

TIPE-P

SEMIKONDUKTOR

PADUAN

• Tipe-n, n >> p ; n konsentrasi pembawa mayoritas nn

p konsentrasi pembawa minoritas pn

• Tipe-p , p >> n ; p konsentrasi pembawa mayoritas pp

n konsentrasi pembawa minoritas np

Pembawa mayoritas dan minoritas dalam semikonduktor ekstrinsik tipe-P dan tipe-N

Si + Golongan lll

Boron (B)memiliki tiga

elektron valensi

Memiliki empat

elektron valensi

Si

Si Si

Si

B

ElektronHole

Ikatan dengan kehilangan elektron

Ikatan normal dengan dua elektron

p >> n

SEMIKONDUKTOR TIPE-P

atom pengotor

Ec = tingkat energi tepi

Ev = tingkat energi tepi

EA= tingkat energi akseptor

Eg

Atom akseptor(Golongan lll)

Elektron

Hole

Hole = p = pembawa mayoritasElektron = n = pembawa minoritas

Pembawa mayoritas dan minoritas dalam semikonduktor tipe-p

t2

t1

t3

Arah medan listrik

Gerakan lubang sebagai fungsi penerapan medan listrikArah gerakan hole

Arah gerakan elektron

Elektron tambahan dari atom golongan V melekat lemah pada atom inangnya

Si

Si

Si

As

Si

Si + golongan V (dengan lima elektron valensi)

terionisasi (+ve)pusat donor

Ec

Ev

ED = tingkat energi donor

Celah pita adalah1.1 eV untuk silikon

Hole

Elektron

Eg

Semikonduktor tipe-n

SEMIKONDUKTOR TIPE-N

SEMIKONDUKTOR PADUAN• Semikonduktor paduan dapat diperoleh dari unsur

valensi III dan V (misalnya GaAs (Galium Arsenid)) atau dari unsur valensi II dan VI (misalnya ZnS).• Atom donor pada semikonduktor paduan adalah unsur dengan valensi lebih tinggi dibandingkan dengan unsur yang diganti.• Atom akseptor adalah unsur dengan valensi lebih rendah dibandingkan dengan unsur yang diganti (ditempati).

Kristal semikonduktor paduan GaAs

KONSENTRASI PEMBAWA DALAM SEMIKONDUKTOR

Donor dan AkseptorTingkat Fermi, EfPersamaan konsentrasi pembawaKehadiran kedua donor dan akseptor

DONOR DAN AKSEPTORUntuk semikonduktor intrinsik :

n = p = ni

n = konsentrasi elektron per satuan volumep = konsentrasi hole per satuan volumeni = konsentrasi pembawa intrinsik

Persamaan diatas dapat diubah menjadi :

n.p = ni2

Persamaan ini disebut Hukum Aksi-Massa

Tingkat Energi Fermi Dirac pada SemiKonduktor Murni• Pada tiap tingkat energi dimana kemungkinan probabilitas elektron

yang menduduki adalah ½. • Tingkat energi Fermi tidak tetap.• Kedudukan probabilitas elektron dan hole dapat ditentukan oleh

fungsi distribusi Fermi Dirac.

fn menentukan probabilitas tingkat energi E yang ditempati oleh elektron.

EF = tingkat energi FermikB = konstanta BoltzmanT = Temperature

Fungsi ini menyatakan kemungkinan atau probabilitas untuk mendapatkan elektron atau hole pada energi E dan temperatur T.

Tingkat Energi Fermi Dirac pada SemiKonduktor Tak Murni

• Tipe-n

• Tipe-p

Persamaan Konsentrasi Pembawa dalam SemiKonduktor

•Konsentrasi elektron pada pita konduksi

•rapat keadaan (rapat keadaan efektif) dalam pita konduksi

•Konsentrasi hole pada pita konduksi

•rapat keadaan (rapat keadaan efektif) dalam pita konduksi

Donors and Acceptor Both Present

Donor

Atom pendoping yang

memiliki lima elektron

valensi. Disebut juga sebagai

pendoping tipe-n.

Seperti :

P, As, Sb dan atom-atom

golongan V

Akseptor

Atom pendoping yang

memiliki tiga elektron

valensi. Disebut juga sebagai

pendoping tipe-p.

Sperti :

Bo, In, Ga, dan atom-atom

gologan III

Donors and Acceptor Both Present

• Pada umumnya semikonduktor mengandung atom donor dan

atom akseptor.

• Penambahan impuritas ini menyebabkan nilai n ≠ p dimana :

n = konsentrasi elektron

p = konsentrasi hole

• Nilai n ≠ p mengakibatkan konsentrasi yang satu akan lebih besar

dari konsentrasi yang lain yang bergantung pada tipe

semikonduktor.

Tipe-n (ND > NA) Tipe-p (NA > ND)

Pada tipe-n, penambahan impuritas donor pada

semikonduktor murni akan menimbulkan adanya

elektron bebas, seperti gambar berikut :

Semikonduktor murni diberi

atom impuritas donor.

Pada tipe-p, penambahan impuritas akseptor pada

semikonduktor murni akan menimbulkan adanya hole,

seperti gambar berikut :

Semikonduktor murni diberi

impuritas akseptor.

Mengaplikasikan donor dan akseptor pada

semikonduktor

• Untuk tipe-n, diasumsikan konsentrasi donor lebih besar

daripada akseptornya (ND > NA) sehingga berlaku persamaan :

nn = ND – NA

• Untuk semikonduktor tipe-p, konsentrasi akseptornya lebih besar

daripada donornya (NA > ND), sehingga berlaku persamaan :

pP = NA – ND

Untuk kasus semikonduktor tipe-n

22

22 2

2

1,2

12 22

2

.

0

0 ( ) 0

4solving for n ;

2

14

2

in n i n

n

n A D n n A n D

in n A D n A D n i

n

n

n D A D A i

in

n

nn p n p

n

n N N P n N p N

nn n N N n N N n n

n

b b acx

a

n N N N N n

np

n

mayoritas

minoritas

Untuk kasus semikonduktor tipe-p2

22 2

.

0

0 ( ) 0

p p i

p A D P p D p A

ip p D A p D A p i

p

n p n

n N N p p N n N

np p N N p N N p n

p

22 2

1,2

12 22

2

4( ) 0 , solving for ;

2

14

2

p D A p i p

p A D A D i

ip

p

b b acp N N p n p x

a

p N N N N n

nn

p

mayoritas

minoritas