kristal semikonduktor(alit

KRISTAL SEMIKODUKTOR

KELOMPOK 5

Alit_Fisika@yahoo.co.id

KRISTAL SEMIKONDUKTOR

A. Kristal semikonduktor intrinsik 1. Teknik pengukuran energi celah a. teknik penyerapan langsung b. teknik penyerapan tidak langsung

2. Massa efektif 1. Alasan menganggap hole sebagai partikel yang bermuatan positif 2. Konsentrasi elektron dan konsentrasi lubang

B. Kristal semikonduktor ekstrinsik 1. Tingkat energi donor 2. Tingkat energi akseptor

C. Penghantaran listrik 1. Arus hanyut 2. Konduktivitas dan mobilitas 3. Arus difusi 4. Efek Hall dan penyerapannya

KERISTAL SEMIKONDUKTOR A. Kristal semikonduktor intrinsik B. Kristal semikonduktor ekstrinsik C. Penghantaran listrik

Alit_Fisika@yahoo.co.id

TEKNIK PENGUKURAN ENERGI CELAH

Semikonduktor dikelompokan menjadi dua yaitu semikonduktor murni ( intrinsik ) golongan V-A, III-A semikonduktor tak murni (ekstrinsik )

Ek

Ev

Eg

E

Pita konduksi

Pita konduksi

KERISTAL SEMIKONDUKTOR

A. Kristal semikonduktor intrinsik 1. Teknik pengukuran energi celah a. teknik penyerapan langsung b. teknik penyerapan tidak langsung

Alit_Fisika@yahoo.co.id

TEKNIK PENYERAPAN LANGSUNG

Pada teknik penyerapan langsung, kristal semikonduktor yang akan diukur celah energinya dijatuhi foton monokromatik dengan energi mulai dari yang kecil sampai yang besar sedemikian rupa sehingga terjadi penyerapan oleh kristal

KERISTAL SEMIKONDUKTOR A. Kristal semikonduktor intrinsik 1. Teknik pengukuran energi celah a. teknik penyerapan langsung b. teknik penyerapan tidak langsung

Alit_Fisika@yahoo.co.id

TEKNIK PENYERAPAN TIDAK LANGSUNG

Pada perinsipnya penyerapan secara tidak langsung sama dengan penyerapan secara langsung. Perbedaan adalah pada penyerapan tak lang sung melibat kan tiga partikel, yaitu elektron dipita konduksi, lubang dipita valensi dan fonon

KERISTAL SEMIKONDUKTOR A. Kristal semikonduktor intrinsik 1. Teknik pengukuran energi celah a. teknik penyerapan langsung b. teknik penyerapan tidak langsung

Alit_Fisika@yahoo.co.id

MASSA EFEKTIF

Kecepatan Grup Vg = dω/dk ω = kecepatan sudut

k = vektor gelombang Vg = dE/( ђdk )

dVg /dt = d 2 E dk/ ђdk2 dt Usaha yang dilakukan elektron dalam selang waktu dt adalah ∂E= F. ∂s Dengan menurunkan persamaan diatas maka diperoleh harga massa : m* = ђ 2 /(d 2 E / dk2 )

KERISTAL SEMIKONDUKTOR 2. Massa efektif 1. Alasan menganggap hole sebagai partikel yang

bermuatan positif 2. Konsentrasi elektron dan konsentrasi lubang

Alit_Fisika@yahoo.co.id

ALASAN MENGANGGAP HOLE SEBAGAI PARTIKEL YANG BERMUATAN POSITIP

Sebelum elektron pindah, jumlah total vektor gelombang ( k) elektron dalam pita valensi yang terisi penuh oleh elektron adalah 0. setelah. Setelah elektron pindah pita valensi kekurangan vektor gelombang k.

Energi hole dipita valensi Eh ( kh ) adalah sama besar dan berlawanan arah dengan energi elektron Ee (ke ) dipita konduksi.

Kecepatan kelompok hole sama besar dengan kecepatan klompok elektron.

Persamaan gerak untuk hole adalah berlawanan tanda dengan persamaan elektron

KERISTAL SEMIKONDUKTOR 2. Massa efektif 1. Alasan menganggap hole sebagai partikel

yang bermuatan positif 2. Konsentrasi elektron dan konsentrasi lubang

Alit_Fisika@yahoo.co.id

KOSENTRASI ELEKTRON DAN KOSENTRASI LUBANG

Fungsi Delta Dirac adalah menentukan besar kecilnya

peluang elektron untuk tereksitasi ketingkat yang lebih tinggi bila suhunya dinaikan. Persamaan fungsi ditulis:

f(E) = 1/exp [(E-µ)/kBT]+1 (a)

apabila harga (E-µ)>> kBT maka persamaan menjadi

f(E) = exp [(E-µ)/kBT]

Energi elektron dalam pita konduksi dapat dinyatakan

Ee = Eh + ħ2k2 /2me

Rapat keadaan pada tingkat energi E : D (E) = V/2π2 [2me / ħ2] 3/2

(E)1/2 (b)

KERISTAL SEMIKONDUKTOR

2. Massa efektif 1. Alasan menganggap hole sebagai partikel yang

bermuatan positif 2. Konsentrasi elektron dan konsentrasi

lubang

Alit_Fisika@yahoo.co.id

dengan mensusbsitusi persamaan (a) dengan persamaan (b) maka akan diperoleh

N = V/2π2 ( 2me /ħ2 )3/2 exp(µ/kB T) Ek∫ ∞ (E-Ek )1/2 ekp (-E/kB T)dE

sehingga kosentrasi elektron konduksi sebagai fungsi dari suhu dan potensial kimia bahan

n = 2( me kB T/2π ħ2 )1/2 exp [(µ - Ek )/ kB T ]

sedangkan kosentrasi hole dapat diperoleh

P = H/V = 2(mhkB T/2πħ2 ) 3/2 exp [(E-Ek )1/2kB T]

KERISTAL SEMIKONDUKTOR

2. Massa efektif 1. Alasan menganggap hole sebagai partikel yang

bermuatan positif 2. Konsentrasi elektron dan konsentrasi

lubang

Alit_Fisika@yahoo.co.id

KRISTAL SEMIKONDUKTOR EKSTRINSIK

Semikonduktor ekstrinsik adalah semikonduktor murni yang dikotori oleh atom-atom yang lain yang berasal dari golongan III-A dan V-A.

Dikotori gol V-A = semikonduktor ekstrinsik tipe-N , Dikotori gol III-A = semikonduktor ekstrinsik tipe-P

KERISTAL SEMIKONDUKTOR B. Kristal semikonduktor ekstrinsik 1. Tingkat energi donor 2. Tingkat energi akseptor

Alit_Fisika@yahoo.co.id

TINGKAY ENERGI DONOR

Agar elektron berpindah dari atom donor kepita konduksi, maka atom donor harus diionisasi dengan energi dari luar, besar energi ionisasi atom hidrogen ditulis ( 13.6 eV ):

Eh = -e4m/2(4ε0ħ)2

dengan cara yang sama, energi ionisasi atom

donor dapat dituliskan : Ed = e4m/2ε2ħ2 = me me4 / ε2m2ħ2 dalam cgs

Ed = e4m/2ε2ħ2 (4ε0)2 = me me4/ ε2m2(4ε0ħ)2

dalam si

KERISTAL SEMIKONDUKTOR B. Kristal semikonduktor ekstrinsik 1. Tingkat energi donor 2. Tingkat energi akseptor

Alit_Fisika@yahoo.co.id

TINGKAT ENERGI AKSEPTOR

Perpindahan elektron dari semikonduktor murni ke atom donor menimbulkan lubang didalam kristal yang bebas bergerak sepanjang kristal. Pengotoran semikonduktor murni oleh atom akseptor dalam jumlah yang banyak akan menghasilkan semikonduktor tipe-p dan kosentrasi hole yang cukup tinggi

KERISTAL SEMIKONDUKTOR B. Kristal semikonduktor ekstrinsik 1. Tingkat energi donor 2. Tingkat energi akseptor

Kosentrasi elektron konduksi secara keseluruhan didalam semikonduktor eksintrik adalah :

n = (n0 Nd )1/2 exp(-Ed /2kB T) Dimana n0 = (2mekB T/ 2ħ2 )

Sedangkan konsentrasi hole adalah :

p = ( p0 Na )1/2 exp(-Ea/2kB T )

KERISTAL SEMIKONDUKTOR B. Kristal semikonduktor ekstrinsik 1. Tingkat energi donor 2. Tingkat energi akseptor

Alit_Fisika@yahoo.co.id

ARUS HANYUT

Jika elektron dalam logam mengalir dengan kecepatan hanyut v, mempunyai kecepatan n dalam ruang alirannya, maka besar rapat arus persatuan luas penampang logam adalah Jn = -env dn untuk lubang berlaku persamaan Jp = + epv.

Jika gerak gerak pembawa muatan disebabkan oleh medan listrik ξ maka v = -µe ξ untuk elektron dan v = µhξ ..sehingga

Jn = en µe ξ

Jp = ep µhξ

jika konstanta pembanding σ, maka konduktivitas total menjadi :

σ = σe + σh = e(µe n+µh n)

KERISTAL SEMIKONDUKTOR

C. Penghantaran listrik 1. Arus hanyut 2. Konduktivitas dan mobilitas 3. Arus difusi 4. Efek Hall dan penyerapannya

Alit_Fisika@yahoo.co.id

KONDUKTIVITAS DAN MOBILITAS

Konduktivitas dan mobilitas dikaitkan dengan mekanisme penghantaran arus pada bahan. Kecepatan hanyut dari elektron akibat pangaruh medan luar dapat dituliskan dalam bantuk :

v = -en ξt /2me

Dengan demikian, konduktivitas persamaannya dapat dituliskan:

σ = n e2 τ/me

Untuk bahan semikonduktor, ungkapan konduktivitas dirumuskan:

σ e = n e2 τ/me dan σ h = pe2τ/mh

Atau σ e = neμe dan σ h = peμh , dimana μ adalah mobilitas bahan yang besarnyaμe = e τe/m*e

dan μh = eτe/mh

KERISTAL SEMIKONDUKTOR

C. Penghantaran listrik 1. Arus hanyut 2. Konduktivitas dan mobilitas 3. Arus difusi 4. Efek Hall dan penyerapannya

Alit_Fisika@yahoo.co.id

ARUS DIFUSI

Arus difusi adalah arus listrik yang terjadi akibat aliran konsentrasi pembawa muatan dari daerah yang lebih tinggi ke daerah yang lebih rendah (adanya grdien konsentrasi). Secara matematis dituliskan:Jn = Dne dn/dx dan Jp = -eDp dp/dx

Besaran Dn dan Dp disebut sebagai koefisien

difusi yang besarnya bergantung pada jenis bahan. Kedua nilai konstanta tersebut diperoleh melalui persamaan:Dn/μe = Dp/μp = kBT/e

KERISTAL SEMIKONDUKTOR

C. Penghantaran listrik 1. Arus hanyut 2. Konduktivitas dan mobilitas 3. Arus difusi 4. Efek Hall dan penyerapannya

Alit_Fisika@yahoo.co.id

EFEK HALL DAN PENERAPANNYA

Efek Hall adalah gejala yang terjadi pada sebatang penyalur muatan bebas, baik konduktor maupun semikonduktor, yang diletakkan dalam medan listrik E dan medan magnet statis B yang saling tegak lurus seperti yang dilukiskan oleh gambar 1.

I

dB

z

E

VH

x

y

KERISTAL SEMIKONDUKTOR

C. Penghantaran listrik 1. Arus hanyut 2. Konduktivitas dan mobilitas 3. Arus difusi 4. Efek Hall dan penyerapannya

Alit_Fisika@yahoo.co.id

Tegangan Hall bahan ditentukan dengan:

VH = E d = V B d

Karena aliran stasioner, maka persamaan untuk rapat arus ditentukan dengan persamaan:

J = enV = I/1.d, maka potensial Hall menjadi:

VH = BI/enl = BIRH /l

Dengan RH didefinisikan sebagai konstanta Hall yang dirumuskan sebagai:

RH = 1/en

KERISTAL SEMIKONDUKTOR

C. Penghantaran listrik 1. Arus hanyut 2. Konduktivitas dan mobilitas 3. Arus difusi 4. Efek Hall dan penyerapannya

Alit_Fisika@yahoo.co.id

SEKIAN DAN TERIMAKASI

Alit_Fisika@yahoo.co.id