mata kuliah elektronika 1 materi : struktur atom dan semikonduktor

PENGAMPU :
DANNY KURNIANTO, ST
 Berdasarkan
kemampuan menghantarkan
listrik.
Konduktor
Benda
/
Materi
SemiKonduktor
Isolator
Mudah menghantar
arus listrik,
memiliki banyak
elektron bebas
Bukan konduktor yg
baik dan bukan
isolator yg baik
Tidak bisa
menghantarkan
listrik, tidak
memiliki atau
sedikit elektron
bebas
Apa itu bahan
semikonduktor?
???
Harus tahu
struktur atom
bahan
semikonduktor!
Mengetahui
dan memahami
kerja bahan
semikonduktor
 Model
Atom Bohr
Atom tersusun dari inti atom (Nukleus) yang
dikelilingi elektron-elektron yang mengitari pada
setiap orbitnya masing-masing.
 Setiap
orbit terdiri dari satu atau beberapa
suborbit, yang masing-masing dapat menampung
sejumlah tertentu elektron.
 Keberadaan orbit, suborbit dan jumlah
maksimum elektron pada setiap orbit maupun
suborbit diperlihatkan pada tabel berikut ini:
 Struktur

atom bahan silikon
Mempunyai 14 proton dan 14 elektron yg
mengelilingi proton.
 Struktur

atom bahan Germanium
Memiliki 32 proton dan 32 elektron yang
mengelilingi proton
 Level
/ Tingkat Energi
 Setiap
orbit elektron menggambarkan level
energi tertentu.
 Semakin tinggi level energinya maka semakin
besar energi.
 Semakin jauh orbit elektron dari inti maka level
energinya makin tinggi dan energinya makin
besar.
 Eksitasi


Elektron
Eksitasi adalah keadaan dimana elektron
berpindah ke tingkat energi yg lebih tinggi.
Untuk bereksitasi dibutuhkan energi dari luar
seperti energi panas, cahaya, dan radiasi
lainnya.
 Pita
Energi
 Pada
kondisi sebenarnya, atom-atom akan saling
mengikat dalam jumlah yang banyak.
 Sehingga level-level energi dari atom-atom
tersebut akan saling berdekatan.
 Level-level energi yang berdekatan tersebut akan
membentuk sebuah pita energi (energy band).
 Secara umum, pita energi terbagi kedalam dua
daerah yang besar yaitu pita valensi dan pita
konduksi.
 Elektron-elektron pada pita valensi terikat erat
dengan inti atom sedangkan elektron-elektron
pada pita konduksi dapat bergerak bebas atau
mudah terlepas dari inti atom.
 Selisih
antara energi tertinggi pita valensi (Ev)
dengan energi terendah pita konduksi (Ec)
disebut sebagai celah energi (Eg).
 Karakteristik celah energi inilah yang
mengelompokkan benda / materi menjadi
konduktor, isolator atau semikonduktor.
 Pita
energi dan celah energi pada konduktor
 Pita
energi dan celah energi pada isolator
 Pita
energi dan celah energi pada
semikonduktor
 Silikon
dan Germanium adalah bahan
semikonduktor
 Di
dalam tabel periodik unsur, maka silikon dan
germanium termasuk ke dalam golongan IVA.
 Artinya memiliki 4 elektron valensi.
 4 elektron valensi ini ikatannya dg inti atom tdk
kuat dan mudah lepas dengan sedikit energi dari
luar.
 Untuk stabil secara kimia, atom silikon dan
germanium membutuhkan 8 elektron valensi
sehingga setiap atom akan bergabung dengan
atom yg lain untuk mencapai kondisi stabil.
 Ketika
kondisi stabil terjadi maka atom silikon
dan germanium akan membentuk benda padat yg
disebut kristal.
Struktur 3 dimensi kristal atom silikon
Struktur 2 dimensi atom silikon
 Kenaikan
suhu menyebabkan terputusnya
ikatan kovalen
 Jika
ada energi dari luar atau kenaikan suhu
maka gerakan atom-atom akan semakin
meningkat sehingga bisa menyebabkan beberapa
ikatan kovalen terputus.
 Terputusnya ikatan kovalen mengakibatkan
terbentuknya elektron bebas yg berada pada pita
konduksi.
 Pergerakan elektron bebas pada pita konduksi
akan menimbulkan arus elektron.
 Bersamaan
dengan terlepasnya elektron ke pita
konduksi maka akan terbentuk hole pada pita
valensi.
 Gerakan hole pada pita valensi akan
menimbulkan arus hole.
 Pada semikonduktor murni (intrinsik) maka
jumlah elektron bebas sama dengan jumlah hole.
 Semikonduktor
 Semikonduktor
intriksik
yang belum mengalami penyisipan
oleh atom akseptor atau atom donor, dengan
kata lain semikonduktor murni.
 Pada suhu tinggi ,elektron pada pita valensi
dapat berpindah menuju pita konduksi, dengan
menciptakan hole pada pita valensi.
 Pengahantar listrik pada semikonduktor adalah
elektron dan hole.
 Ada
2 kelemahan pada bahan semikonduktor
intriksik yaitu:
- tidak terdapat cukup banyak elektron bebas dan
hole shg tidak menghasilkan arus yg berguna
seperti pada konduktor.
- Masalah rekombinasi yaitu proses hilangnya
pembawa muatan karena kembali menyatu
dengan hole.
 Untuk menghilangkan kelemahan tersebut, maka
perlu dilakukan doping pada bahan
semikonduktor tersebut.
 Doping adalah penambahan atom – atom
impuritas ( non tetravalent ) pada kristal untuk
menambah jumlah elektron bebas maupun hole.
 Semikonduktor yg telah di dop disebut
semikonduktor ekstrintik.
 Semikonduktor
 Semikonduktor
ekstrinsik
murni yg telah di doping dg bahan
pengotor (akseptor atau donor).
 Karena proses doping, maka terbentuk 2 jenis
semikonduktor yaitu semikonduktor-N dengan
pembawa muatannya adalah elektron dan
semikonduktor-P dengan pembawa muatannya
adalah hole.
 Semikonduktor – N
o Menambahkan sejumlah kecil atom tak murni
pentavalen ke atom semikonduktor murni.
o Misalnya unsur fosfor, arsen atau antimoni,
yang memiliki orbit valensi dengan lima
elektron.
o
o
Penambahan atom donor ini akan menambah
jumlah elektron bebas tanpa meningkatkan
jumlah hole.
Pembawa muatan mayoritas adalah elektron
dan pembawa muatan minoritas adalah hole.

Semikonduktor – P
o Menambahkan sejumlah kecil atom tak murni
trivalen ke dalam semikonduktor murni.
o Misalnya Boron, Galium dan Indium. Unsurunsur tersebut semuanya memiliki tiga
elektron valensi.
o Meningkatkan jumlah hole tanpa
meningkatkan jumlah elektron.
o Pembawa muatan mayoritas adalah hole dan
pembawa muatan minoritas adalah elektron.