kristal semikonduktor(alit
TRANSCRIPT
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
SEKIAN DAN TERIMAKASI