Tugas 12 Fisika zat padat Nama Nim : : Hamda Shoufi Nadiah 17034072 Konduktivitas, Laju Drift dan Mobilitas Partikel bermuatan (pembawa muatan) yang bergerak dalam benda padat sering bertubrukan dengan kisi-kisi kristal dan ketidakmurnian. Elektron-elektron pada pita konduksi dalam semikonduktor pada dasarnya epartikel-partikel bebas. Pada kesetimbangan thermal, energi rata-rata sebuah elektron konduksi dapat dicari dari teorema ekuipartisi energi.Elektron-elektron dalam semikonduktor mempunyai 3 derajat kebebasan dalam ruang 3-dimensi. Energi kinetik elektron diberikan oleh : ………………………………………………..1 dengan mn = massa efektif elektron, vth = kecepatan rata-rata, k = konstanta Boltzmann dan T = temperatur absolut. Elektron-elektron dalam semikonduktor bergerak secara cepat ke seluruh arah. Panas yang timbul karena gerakan masing-masing elektron disebabkan karena tumbukan dengan kisi-kisi atom, atom-atom pengotor dan beberapa pusat hamburan. Jarak rata-rata antara dua elektronelektron yang bertumbukan disebut jarak bebas rata-rata. Bila sebuah medan listrik kecil diberikan pada sampel semikonduktor, masing-masing elektron memiliki gaya sebesar - qε dan elektron akan dipercepat dengan adanya medan listrik tersebut. Secara percobaan dapat dibuktikan adanya perbandingan yang menghubungkan antara medan listrik ε dan kecepatan pembawa muatan v. Konstanta perbandingan itu disebut mobilitas. Besar suatu mobilitas dalam semikonduktor merupakan suatu parameter yang penting dalam transport pembawa muatan yang menggambarkan kekuatan gerakan elektron karena pengaruh medan magnet. Persamaan mobilitas elektron (µ ) adalah ……………………………………..2 ………………………………………….3 Gambar berikut ini menunjukkan ilustrasi dua dimensi dari distribusi muatan di dalam logam. Lingkaran abu-abu menunjukkan muatan positif yang terdiri atas inti atom dan elektronelektron dalam. Titik hitam menunjukkan elektron bebas (kadang-kadang disebut gas elektron). Tanpa pengaruh medan listrik luar, elektron-elektron-bebas bergerak secara kontinu hingga bertumbukan dengan ion, yang akan mengakibatkan perubahan arah gerak. Jarak rata-rata antara dua tumbukan dinamakan mean free path. Di dalam gas elektron, arus rata-rata bernilai nol, karena elektron bergerak pada arah yang acak. Jika pada metal diberikan medan listrik E, elektron akan mendapatkan percepatan (a = qE/m) dan kecepatannya akan terus meningkat selama belum bertumbukan dengan ion. Namun jika elektron menumbuk ion, elektron akan kehilangan energinya, dan masuk ke dalam kondisi steady state dan mendapatkan kecepatan tertentu yang disebut kecepatan drift, yang arahnya berlawanan dengan arah medan listrik. Kecepatan rata-rata elektron dalam keadaan ini : μ disebut mobilitas elektron, dengan satuan : meter/Volt-detik. Kecepatan drift steady state ini menjadi lebih dominan daripada gerakan termal elektron. Gerakan elektron yang terarah ini menghasilkan arus listrik. Perhitungan rapat arus dapat dilakukan dengan cara sbb : Konsentrasi Pembawa dalam Semikonduktor Pembawa mayoritas muatan pada semikonduktor tipt-n dan tipe-p masing-masing adalah elektron dan hole. Dalam semikonduktor tipe-p pembawa muatan bukan hanya hole tetapi juga sejumlah kecil elektro. Demikian juga untuk semikonduktor tipe-n, pembawa mayoritasnya elektron dan pembawa minoritasnya adalah hole. Pada suatu keadaan tidak dapat dibedakan antara konsentrasi pembawa mayoritas dan pembawa minoritasnya maka semikonduktor seperti ini disebut semikonduktor intrinsik. Misalkan pn = konsentrasi hole pada semikonduktor tipe-n, nn = konsentrasi elektron pada semikonduktor tipe-n, np = konsentrasi elektron pada semikonduktor tipe-p dan pp = konsentrasi hole pada semikonduktor tipe-p, maka untuk semikonduktor intrinsik pn = nn atau np = pp. Sambungan P-N Semikonduktor Paduan Semikonduktor paduan (compound semiconductor) dapat diperoleh dari unsur valensi tiga dan valensi lima (paduan III-V, misalnya GaAs atau GaSb) atau dari unsur valensi dua dan valensi enam (paduan II-VI, misalnya ZnS). Ikatan kimia terbentuk dengan peminjaman elektron oleh unsur dengan velensi lebih tinggi kepada unsur dengan valensi lebih rendah (lihat gambar 1.6). 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. Daftar Pustaka irzaman.staff.ipb.ac.id/.../pertemuan-ke-7-bab-7-SEMIKONDUKTOR. ( diunduh pada taggal 9 november 2019 ) file.upi.edu/Direktori/.../JUR.../8.KRISTAL_SEMIKONDUKTOR.pdf november 2019 ) (diunduh pada 9
