Twenty Gamping

Chapter VI

Bahan Semikonduktor

Semikonduktor adalah sebuah bahan dengan konduktivitas listrik yang berada di antara isolator dankonduktor. Sebuah semikonduktor bersifat sebagai isolator pada temperatur yang sangat rendah, namun pada temperatur ruangan besifat sebagai konduktor. Bahan semikonduksi yang sering digunakan adalah silikon,germanium, dan gallium arsenide  Semikonduktor sangat berguna dalam bidang elektronik, karena konduktansinya yang dapat diubah-ubah dengan menyuntikkan materi lain (biasa disebut pendonor elektron). Bahan- bahan  logam seperti tembaga, besi, timah disebut sebagai konduktor yang baik sebab logam memiliki susunan atom yang sedemikian rupa, sehingga elektronnya dapat bergerak bebas. Sebenarnya atom tembaga dengan lambang kimia Cu memiliki inti 29 ion (+) dikelilingi oleh 29 elektron (-).  Sebanyak 28 elektron menempati orbit-orbit bagian dalam membentuk inti yang  disebut nucleus. Dibutuhkan energi yang sangat besar untuk dapat melepaskan ikatan elektron-elektron ini. Satu buah elektron lagi yaitu elektron yang ke-29, berada pada orbit paling luar.  Orbit terluar ini disebut pita valensi dan elektron yang berada pada pita ini dinamakan elektron valensi. Karena hanya ada satu elektron dan jaraknya ‘jauh’ dari nucleus, ikatannya tidaklah terlalu kuat. Hanya dengan energi yang sedikit saja elektron terluar ini mudah terlepas dari ikatannya.



Struktur Atom Semikonduktor

Operasi semua komponen benda padat seperti dioda, LED, Transistor Bipolar dan FET serta Op-Amp atau rangkaian terpadu lainnya (solid state) didasarkan atas sifat-sifat semikonduktor. Secara umum semikonduktor adalah bahan yang sifat-sifat kelistrikannya terletak antara sifat-sifat konduktor dan isolator. Sifat-sifat kelistrikan konduktor maupun isolator tidak mudah berubah oleh pengaruh temperatur, cahaya atau medan magnet, tetapi pada semikonduktor sifat-sifat tersebut sangat sensitif. Elemen terkecil dari suatu bahan yang masih memiliki sifat-sifat kimia dan fisika yang sama adalah atom. Suatu atom terdiri atas tiga partikel dasar, yaitu: neutron, proton, dan elektron. Dalam struktur atom,proton dan neutron membentuk inti atom yang bermuatan positip dan sedangkan elektron-elektron yang bermuatan negatip mengelilingi inti. Elektron-elektron ini tersusun berlapis-lapis. Struktur atom dengan model Bohr dari bahan semikonduktor yang paling banyak digunakan adalah silikon dan germanium.atom silikon mempunyai elektron yang mengorbit (yang mengelilingi inti) sebanyak 14 dan atom  germanium mempunyai 32 elektron. Pada atom yang seimbang (netral) jumlah elektron dalam orbit sama dengan jumlah proton dalam inti. Muatan listrik sebuah elektron adalah: – 1.602-19 C dan muatan sebuah proton adalah: + 1.602-19 C. Elektron yang menempati lapisan terluar disebut sebagai elektron valensi. Atom silikon dan germanium masing mempunyai empat elektron valensi. Oleh karena itu baik atom silikon maupun atom germanium disebut juga dengan atom tetra-valent (bervalensi empat). Empat elektron valensi tersebut terikat dalam struktur kisi-kisi, sehingga setiap elektron valensi akan membentuk ikatan kovalen dengan elektron valensi dari atom-atom yang bersebelahan.

 

 Pita Energi Bahan (Si dan Ge)

Pita energi adalah kumpulan garis pada tingkat energi yang sama akan saling berimpit. Berdasarkan pengisian elektron, pita energi dapat dibedakan menjadai dua jenis, yaitu pita valensi dan pita konduksi. Pita valensi adalah pita energi teratas yang terisi penuh oleh elektron, sedangkan pita konduksi adalah pita energi yang berada di atas pita valensi yang terisi oleh sebagian atau tidak terisi sama sekali oleh elektron. Pada umumnya diantara pita valensi dan pita konduksi terdapat suatu celah yang disebut dengan celah energi ( hole ). Energi celah pita atau yang sering juga disebut dengan Energi gap (Eg) dapat dihitung dengan persamaan :

Eg = hv

dimana h adalah konstanta Planck

Penentuan pita energi secara rinci dibicarakan difisika kuantum, namun secarasederhana, akan ditunjukan sebagai contoh penentuan struktur pita energi pada bahan padat Kristal. Pada gambar 1.5 dibawah ini dapat dilihat ilustrasi pita energi untuk Kristal semikonduktor. pada keadaan kesetimbangan (equilibrium), pita energi terbagi menjadi dua bagian dan dipisahkan oleh daerah dimana elektron tidak bisa bergerak atau beroperasi, daerah ini disebut daerah terlarang (forbidden gap atau band gap). Pita atas dinamakan pita konduksi, dan pita bagian bawah dinamakan pita valensi.Banyaknya electron pada setiap pita energi dapat dihitung dengan menggunakan persamaan :Σe = 2(2l +1)N dimana l menyatakan bilangan kuantum orbital (0, 1, 2, 3, …) dan N menyatakan banyaknya atom yang saling berdekatan.