Bahan semikonduktor adalah material dengan sifat konduktivitas antara isolator dan konduktor. Semikonduktor dibedakan menjadi intrinsik, yang terdiri dari satu unsur seperti Si atau Ge, dan ekstrinsik, yang terkotori oleh atom lain. Pada kristal Si, setiap atom Si berikatan kovalen dengan 4 atom Si lainnya.

1. SEMIKONDUKTOR
Nama Kelompok:
Choirun Nisa’ 103184205
Fina Ulya Farhatin 103184214
Pendidikan Fisika Non Reguler 2010
SEMIKONDUKTOR
Abstrak
Pada paper semikonduktor ini bertujuan untuk menjelaskan konsep struktur pita energi, menjelaskan pengaruh
temperatur terhadap kondukivitas listrik, menjelaskan tentang distribusi Fermi-dirac, dan menjelaskan tentang
bahan konduktor, isolator, dan semikonduktor. Sehingga, berdasarkan literatur yang ada dapat ditarik suatu
kesimpulan yang mengacu pada tujuan tersebut, antara lain: bahan Isolator adalah material yang sulit
menghantarkan arus lisrik, sedangkan bahan konduktor adalah material yang dapat menghantarkan arus lisrik.
Bahan Semikondukor adalah sutau material dengan sifat konduktivitas di antara konduktor dan isolator. Serta bahan
semi konduktor terbagi atas dua klasifikasi yaitu Semikonduktor intrinsik yang merupakan semikonduktor yang
terdiri atas satu unsur saja, misalnya Si saja atau Ge saja. Pada kristal semikonduktor Si, 1 atom Si yang memiliki 4
elektron valensi berikatan dengan 4 atom Si lainnya. Serta semikonduktor ekstrinsik yaitu semikonduktor yang telah
terkotori (tidak murni lagi) oleh atom dari jenis lainnya.
BAB I PENDAHULUAN
A. LATAR BELAKANG BAB II ANALISIS
Kita tentunya telah mengetahui bahwa 2.1 Konduktor
secara sederhana zat padat dapat dikelompokkan Kita ambil contoh padatan Na. Konfigurasi atom Na
menjadi isolator, semikondukor, dan kondukor. adalah 1s2 2s2 2p6 3s1 . Sesudah membentuk
Bahan Isolator adalah material yang susah padatan, diagram pita energi padatan Na dapat
menghantarkan arus lisrik, sedangkan bahan digambarkan seperti terlihat pada gambar 2.1
konduktor adalah material yang dapat
menghantarkan arus lisrik, sedangkan Bahan
Semikondukor adalah sutau material dengan sifat
konduktivitas di antara konduktor dan isolator,
contohnya silikon, dan germanium. Untuk
menjelaskan konduktivias bahan seringkali
menggunakan konsep pita energi. Ada dua pita energi
yaitu pita valensi dan pita konduksi. Pita valensi
adalah pita energy yang mungkin diisi oleh elektron
dari zat padat hingga komplit. Setiap pita memiliki 2N
elektron dengan N adalah jumlah atom. Bila masih
ada elektron yang tersisa akan mengisi pita konduksi.
Pada suhu 0 K, pita konduksi terisi sebagian untuk Gambar 2.1 : Diagram pita energy padatan Na
bahan konduktor, sedangkan untuk isolator dan
semikonduktor tidak ada elektron yang mengisi pita Pada atom Na orbital 3s yang seharusnya
konduksi. dapat memuat 2 elektron hanya terisi 1 elektron;
inilah elektron valensi atom Na. Oleh karena itu
B. RUMUSAN MASALAH pita energi 3s pada padatan Na hanya setengah
Berdasarkan latar belakang di atas, maka terisi, dan disebut pita valensi. Orbital berikutnya
dapat diambil suatu rumusan masalah antara lain: 3p tidak terisi elektron (kosong). Diantara pita-pita
energi terdapat celah energi yang merupakan celah
1. Apakah yang dimaksud bahan konduktor, isolator, terlarang bagi elektron.
dan semikonduktor ? Sebagian elektron di 3s akan menempati
2. Apa sajakah klasifikasi dari konduktor? bagian bawah 3p sampai keseimbangan tercapai.
Jumlah tingkat energi elektron di 3s semula
C. TUJUAN adalah 2N dan dengan bertumpang tindihnya 3s dan
Berdasarkan rumusan masalah di atas, maka 3p tersedia sekarang 2N + 6N = 8N tingkat energi; dan
tujuan yang ingin dicapai antara lain : padatan Mg adalah konduktor yang baik. Jadi
elemen yang memiliki orbital terisi penuh, dapat
1. Menjelaskan tentang bahan konduktor, isolator, menjadi padatan yang bersifat sebagai konduktor
dan semikonduktor. jika terjadinya tumpang tindih antara pita energi
2. Menjelaskan tentang klasifikasi dari konduktor. yang terisi penuh dengan pita energi yang kosong.
Pita energi yang tumpang-tindih dapat
dipandang sebagai pelebaran pita. Elektron yang
berada pada pita yang tumpang-tindih mempunyai
kesempatan lebih luas untuk berpindah tingkat
energi karena adanya tambahan tingkat energi
dari orbital yang lebih tinggi. Dalam kasus atom Na,
ELEKTRONIKA DASAR 1- SEMIKONDUKTOR 1

2. SEMIKONDUKTOR
elektron di orbital 3s dengan mudah “pindah” ke 3p
dan 3d; elektron ini berada dalam “pita energi 2.3 Semi Konduktor
gabungan” yang jauh lebih lebar dari pita s dimana Diagram pita energi utnuk germanium
semula ia berada. dan silikon mirip dengan intan dengan perbedaan
Pada 0o K elektron terdistribusi dalam pita celah energi hanya sekitar 1 eV. Konfigurasi atom Ge
valensi sampai tingkat tertinggi yang disebut [Ar] 3d10 4s2 4p2 dan Si [Ne] 3s2 3p2; kedua macam
tingkat Fermi, EF (akan kita bahas di bab atom ini memiliki 4 elektron di tingkat energi
berikutnya). Pada temperatur kamar elektron di terluarnya. Tumpang-tindih pita energi di tingkat
sekitar tingkat energi Fermi mendapat tambahan energi terluar akan membuat pita energi terisi penuh
energi dan mampu naik ke orbital di atasnya yang 8 elektron. Karena celah energi sempit maka jika
masih kosong. Elektron yang naik ini relatif bebas temperatur naik, sebagian elektron di pita valensi
sehingga medan listrik dari luar akan naik ke pita konduksi mudah dan dengan
menyebabkan elektron bergerak dan terjadilah arus meninggalkan tempat kosong (hole) di pita valensi.
listrik. Oleh karena itu material dengan struktur pita Baik elektron yang telah berada di pita konduksi
energi seperti ini, di mana pita energi yang maupun hole di pita valensi akan bertindak sebagai
tertinggi tidak terisi penuh, merupakan konduktor pembawa muatan untuk terjadinya arus listrik.
yang baik (juga disebut metal). Pita valensi 3s Konduktivitas listrik naik dengan cepat dengan
pada padatan Na yang setengah terisi disebut juga naiknya temperatur.
pita konduksi. Konduktivitas listrik tersebut di atas
Terbentuknya pita energi dapat pula kita disebut konduktivitas intrinksik. Konduktivitas
lihat sebagai terjadinya perluasan kotak potensial material semikonduktor juga dapat ditingkatkan
sebagai akibat kotak-kotak yang tumpang-tindih. dengan penambahan atom asing tertentu
Ruang di sekitar suatu ion dapat kita pandang (pengotoran, impurity).
sebagai kotak potensial. Dalam kotak inilah Jika atom pengotor memiliki 5 elektron
elektron terjebak. Jika ion-ion tersusun secara terluar (misalnya P atau As) maka akan ada
rapat, maka kotak-kotak potensial ini saling kelebihan satu elektron tiap atom. Kelebihan
tumpang-tindih sehingga membentuk kotak elektron ini akan menempati tingkat energi sedikit di
potensial yang lebih besar. Dengan membesarnya bawah pita konduksi (beberapa perpuluh eV) dan
kotak potensial maka tingkat energy menjadi rapat. dengan sedikit tambahan energi akan sangat mudah
Rapatnya tingkat energi memudahkan elektron berpindah ke pita konduksi dan berkontribusi pada
berpindah ke tingkat energi yang lebih tinggi konduktivitas listrik. Atom pengotor seperti ini
dengan hanya sedikit tambahan energi, misalnya disebut donor (karena ia memberikan elektron
dari medan listrik. Oleh karena itu metal memiliki lebih) dan semikonduktor dengan donor disebut
konduktivitas listrik yang tinggi. semikonduktor tipe n. Jika atom pengotor memiliki 3
elektron terluar (misalnya B atau Al) maka akan ada
2.2 Isolator kelebihan satu hole tiap atom. Kelebihan hole ini
Kita lihat sekarang situasi di mana pita akan menempati tingkat energi sedikit di atas pita
valensi terisi penuh dan tidak tumpang-tindih dengan valensi dan dengan sedikit tambahan energi akan
pita di atasnya. Karena pita valensi terisi penuh maka sangat mudah elektro berpindah dari pita valensi ke
elektron dalam pita ini tidak dapat berganti status. hole di atasnya dan meninggalkan hole di pita valensi
Satu-satunya cara untuk berganti status adalh dengan yang akan berkontribusi pada konduktivitas listrik.
melompati celah energi dan masuk ke pita konduksi. Atom pengotor seperti ini disebut akseptor (karena ia
Namun jika celah energi cukup lebar, beberapa eV, menerima elektron dari pita valensi) dan
perpindahan ini hampir tidak mungkin kecuali semikonduktor dengan akseptor disebut
ditambahkan energi yang cukup besar misalnya semikonduktor tipe p.
dengan pemanasan. Material yang memiliki Untuk membuat perubahan konduktivitas yang
diagram pita energi seperti ini tidak mudah memadai di material semikonduktor, cukup
menghantarkan arus listrik; mereka termasuk ditambahkan sekitar 1 pengotor per sejuta atom
dalam kelompok material isolator seperti misalnya semikonduktor.
intan, quartz, dan kebanyakan padatan dengan
ikatan kovalen dan ikatan ion. 2.4 Klasifikasi Semikonduktor
Intan merupakan kristal karbon C yang Berdasarkan murni atau tidak murninya bahan,
memiliki konfigurasi elektron 1s2 2s2 2p2 ; tingkat semikonduktor dibedakan menjadi dua jenis, yaitu
energi kedua sebenarnya mampu memuat sampai 8 semikonduktor intrinsik dan ekstrinsik.
elektron, yaitu 2 di 2s dan 6 di 2p, namun elektron
yang ada di tingkat kedua ini hanya 4. Jika jarak A. Semikonduktor Intrinsik
atom makin dekat, 2s dan 2p mulai tumpang tindih. Semikonduktor intrinsik merupakan
Pada jarak atom yang lebih kecil lagi pita energi ini semikonduktor yang terdiri atas satu unsur saja,
pecah lagi menjdi dua pita yang masing-masing misalnya Si saja atau Ge saja. Pada kristal
dapat menampung 4 elektron. Oleh karena itu 4 semikonduktor Si, 1 atom Si yang memiliki 4 elektron
elektron yang ada akan menempati empat tingkat valensi berikatan dengan 4 atom Si lainnya,
energi terendah dan menyisakan empat tingkat perhatikan gambar di bawah ini:
energy yang lebih tinggi yang kosong. Dalam jarak
keseimbangan, celah energi antara pita yang terisi
dan pita yang kosong di atasnya adalah sekitar 5 eV.
Oleh karena itu intan merupakan material isolator.
ELEKTRONIKA DASAR 1- SEMIKONDUKTOR 2

3. SEMIKONDUKTOR
BAB III KESIMPULAN
Berdasarkan analisis di atas, maka dapat
ditarik suatu kesimpulan antara lain :
1. bahan Isolator adalah material yang susah
menghantarkan arus lisrik, sedangkan bahan
konduktor adalah material yang dapat
menghantarkan arus lisrik. Bahan Semikondukor
adalah sutau material dengan sifat konduktivitas
di antara konduktor dan isolator.
2. Serta bahan semi konduktor terbagi atas dua
Gambar klasifikasi yaitu Semikonduktor intrinsik yang
Struktur kristal 2 dimensi kristal Si merupakan semikonduktor yang terdiri atas satu
unsur saja, misalnya Si saja atau Ge saja. Pada
Pada kristal semikonduktor instrinsik Si, sel kristal semikonduktor Si, 1 atom Si yang memiliki
primitifnya berbentuk kubus. Ikatan yang terjadi 4 elektron valensi berikatan dengan 4 atom Si
antar atom Si yang berdekatan adalah ikatan kovalen. lainnya. Serta semikonduktor ekstrinsik yaitu
Hal ini disebabkan karena adanya pemakaian 1 buah semikonduktor yang telah terkotori (tidak murni
elektron bersama ( ) oleh dua atom Si yang lagi) oleh atom dari jenis lainnya.
berdekatan. Menurut tori pita energi, pada T  0 K
pita valensi semikonduktor terisi penuh elektron, DAFTAR PUSTAKA
sedangkan pita konduksi kosong. Kedua pita tersebut
dipisahkan oleh celah energi kecil, yakni dalam http://semangatbelajar.com/semikonduktor/
rentang 0,18 - 3,7 eV. Pada suhu kamar Si dan Ge http://niningf43.blogspot.com/2011/02/semikon
masing-masing memiliki celah energi 1,11 eV dan duktor.html
0,66 eV. Bila mendapat cukup energi, misalnya Sutrisno. 1985. Elektronika Teori dan
berasal dari energi panas, elektron dapat melepaskan Penerapannya: Bandung. Penerbit ITB Bandung.
diri dari ikatan kovalen dan tereksitasi menyebrangi
celah energi. Elektron valensi pada atom Ge lebih
mudah tereksitasi menjadi elektron bebas daripada
elektron valensi pada atom Si, karena celah energi Si
lebih besar dari pada celah energi Ge. Elektron ini
bebas bergerak diantara atom. Sedangkan tempat
kekosongan elektron disebut hole. Dengan demikian
dasar pita konduksi dihuni oleh elektron, dan puncak
pita valensi dihuni hole. Sekarang, kedua pita terisi
sebagian, dan daat menimbulkan arus netto bila
dikenakan medan listrik.
B. Semikonduktor Ekstrinsik
Semikonduktor yang telah terkotori (tidak murni lagi)
oleh atom dari jenis lainnya dinamakan
semikonduktor ekstrinsik. Proses penambahan atom
pengotor pada semikonduktor murni disebut
pengotoran (doping). Dengan menambahkan atom
pengotor (impurities), struktur pita dan
resistivitasnya akan berubah. Ketidakmurnian dalam
semikonduktor dapat menyumbangkan elektron
maupun hole dalam pita energi. Dengan demikian,
konsentrasi elektron dapat menjadi tidak sama
dengan konsentrasi hole, namun masing-masing
bergantung pada konsentrasi dan jenis bahan
ketidakmurnian. Dalam aplikasi terkadang hanya
diperlukan bahan dengan pembawa muatan elektron
saja, atau hole saja. Hal ini dilakukan dengan doping
ketidakmurnian ke dalam semikonduktor. Terdapat
tiga jenis semikonduktor ekstrinsik yaitu
semikonduktor tipe-n, semikonduktor tipe-p, dan
semikonduktor paduan.
ELEKTRONIKA DASAR 1- SEMIKONDUKTOR 3