material semikonduktor

38
Material Semikonduktor

Upload: heru-dermawan

Post on 21-Jun-2015

296 views

Category:

Engineering


15 download

TRANSCRIPT

Page 1: Material semikonduktor

Material Semikonduktor

Page 2: Material semikonduktor
Page 3: Material semikonduktor

Semikonduktor IntrinsikSilikon (Si), Germanium (Ge)• 4 elektron valensi• Ikatan kovalen

Page 4: Material semikonduktor

Elektron dan Hole

• Elektron pembawa muatan (-)• Hole pembawa muatan (+)

Page 5: Material semikonduktor

Mobilitas Muatan

Dua pembawa muatan:elektron (n) & hole (p)

Page 6: Material semikonduktor

Semikonduktivitas Terhadap Temperatur

• Konduktivitas Semikonduktor intrinsik meningkat dengan kenaikan temperatur?

Distribusi elektron yang mendapat energi termal:

Dimana: k = konstanta Boltzman = 86.1 x 10-6 eV/K T = temperatur (K)

T meningkat elektron bertambah σ meningkat

Page 7: Material semikonduktor
Page 8: Material semikonduktor

Foto Konduksi

• Foton sinar merah E = 1.9 eV• Silikon Eg = 1.1 eV

1.9 eV

1.1 eV

Page 9: Material semikonduktor

SEMIKONDUKTOR EKSTRINSIK

• Penambahan pengotor (ketidakmurnian) sehingga terdapat elektron dan hole tambahan

Page 10: Material semikonduktor

Tipe - n

antimony, phosphorus, arsenic• 5 elektron valensi• Pembawa muatan negatif (n)

Page 11: Material semikonduktor

• elektron “ke-lima” dari atom fospor menjadi elektron bebas yang bisa berpindah tempat

• elektron bebas bisa menghantar arus• pembawa muatannya adalah elektron

Page 12: Material semikonduktor
Page 13: Material semikonduktor

Konduktivitas tipe - n

konduktivitas:

jika pn diabaikan terhadap nn:

nn = konsentrasi elektron bebaspn = konsentrasi holeND = konsentrasi atom donorn2

2 = tetapan yg tidak bergantung pada donor dan akseptor

Page 14: Material semikonduktor

Tipe - p

aluminium, boron,galium atau indium• 3 elektron valensi• Pembawa muatan positif (p)

Page 15: Material semikonduktor

• elektron dari atom silikon pindah ke atom boron• Atom silikon terjadi “hole” yang kemudian menarik

elektron dari atom silikon lain di dekatnya• Proses berlanjut dimana pergerakan “hole”

menghasilkan arus

Page 16: Material semikonduktor
Page 17: Material semikonduktor

Konduktivitas tipe - p

konduktivitas:

jika pn diabaikan terhadap nn:

np = konsentrasi elektron bebaspp = konsentrasi holeNA = konsentrasi atom akseptorn2

2 = tetapan yg tidak bergantung pada donor dan akseptor

Page 18: Material semikonduktor

Contoh Soal 1:

Konsentrasi atom Germanium (Ge) adalah 4.41 x 1022 atom/cm3. Jika tiap 108 atom Ge dikotori 1 atom donor dan μn = 3800 cm2/V.s, tentukan konduktivitas semikonduktor tersebut?

Page 19: Material semikonduktor

Penggabungan Kembali

• Foto Konduksi : Energi (foton) e + h

• Penggabungan kembali: e + h Energi (foton)

Perpendaran cahaya

Page 20: Material semikonduktor

PERANGKAT SEMIKONDUKTOR

• Penghantar• Junction (dioda)• Transistor

Page 21: Material semikonduktor

Diodes

• N region has lots of free electrons • P region has lots of holes• At equilibrium: total number positive and negative

charges is the same (@ room temp)• At the pn junction the electrons and holes with different

charges form an electric field• In order to move electrons through the electric field

(generate current) we need some force (voltage)– This potential difference is called barrier voltage– When enough voltage is applied such that electrons are

moved then we are biasing the diode– Two layers of positive and negative charges for depletion

region – the region near the pn-junction is depleted of charge carriers)

Page 22: Material semikonduktor

Dioda

• Penyearah (arus)

Page 23: Material semikonduktor

Biasing Types of a Diode (Forward)

Cathode n region

Anode p region

A K

Moving electrons

Small dynamic resistance

VBias

np

Conventional Current Flow

Conventional Current FlowI (Forward)

Page 24: Material semikonduktor

Very SmallMoving Electrons:Reverse Current)

Biasing Types of a Diode (Reverse)

Cathode n region

Anode p region

A K

Large resistance

VBias

np

Conventional Current Flow

Holes are left behind; large depletion region

Instant pull of electrons

Page 25: Material semikonduktor

I-V characteristics of Ideal diode

Page 26: Material semikonduktor

I-V Characteristics of Practical Diode

Page 27: Material semikonduktor

I-V Characteristics of Practical Diode

Page 28: Material semikonduktor

I-V Characteristics of Practical Diode

Page 29: Material semikonduktor

Shockley Equation

1exp

T

DsD nV

vIi

q

kTVT

Is is the saturation current ~10 -14

Vd is the diode voltagen – emission coefficient (varies from 1 - 2 )k = 1.38 × 10–23 J/K is Boltzmann’s constant q = 1.60 × 10–19 C is the electrical charge of an electron. At a temperature of 300 K, we have

mV 26TV

Page 30: Material semikonduktor

Jenis Perangkat Junction p-n

• Diode• LED• Zener• Varactor• Varistor

Page 31: Material semikonduktor

LED

• e + h foton

Page 32: Material semikonduktor

Transistor

• Field Efect Transistor (FET)• Bipolar Junction Transistor (BJT)• Junction FET• Metal Oxide Semiconductor FET• Thyristor / Silicon Controlled Rectifier (SCR)• Gate Turn Off Thyristor (GTO)• Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT)

Page 33: Material semikonduktor

BJT

Tidak ada arus mengalir

IB << IC >>Gain β = IC / IB

Page 34: Material semikonduktor

Transistor

• Arus total yang melalui Collector (IC) dikendalikan oleh tegangan Emiter (VE)

• Bila tegangan emiter berubah-ubah, arus colektor berubah secara eksponensial

Page 35: Material semikonduktor

FET

• Tegangan diaplikasikan ke gate (input) untuk mengatur resistansi chanel (daerah unipolar antara gate)

• Souce dan Drain Emiter dan Collector Gate Base

• VGS >> , Depletion Region (kekurangan muatan) >>,

lebar chanel <<, R >>,

Page 36: Material semikonduktor

MOSFET

Dapat melewatkan arus yang lebih besar

Page 37: Material semikonduktor

Thyristor

• Bipolar Conducting Semiconduktor dengan empat lapisan N-P-N-P atau lebih

Page 38: Material semikonduktor

Contoh Soal 2

Suatu transistor mempunyai arus kolektor 4.7 mA jika tegangan emiter 17 mV. Sedangkan pada tegangan emiter 28 mV besar arus kolektor adalah 27.5 mA. Jika transistor tersebut diberikan tegangan emiter sebesar 39 mV, berapakah arus kolektornya?