Download to read offline
![Kuliah bahan listrik_3[1]](https://cdn.slidesharecdn.com/ss_thumbnails/kuliahbahanlistrik31-140917002439-phpapp02-thumbnail.jpg?width=640&height=640&fit=bounds)
Ppt semikonduktor Elektronika Engineering
- 1.
- 2. Atom Atom The nucleus consistsof positively charged particles called protons and uncharged particles called neutrons. The basic particles of negative charge are called electrons Setiap material terdiri dari atom, dan setiap atom terdiri dari elektron, proton dan neutron. Berdasarkan pemodelan Bohr, atom mempunyai struktur yang terdiri dari inti nucleus yang dikelilingi oleh orbit elektron Brand Designer
- 3. Atom #1 Setiap jarakdiskrit (orbit) dari inti(nucleus) sesuai dengan tingkat energi tertentu. Dalam sebuah atom, orbit dikelompokkan ke tingkat energi yang dikenal sebagai shell Atom #2 Terdapat jarak tertentu antara nucleus dan tempat elektron mengorbit. Elektron yang lebih dekat dengan nucleus memiliki energi yang lebih sedikit dibandingkan dengan yang lebih jauh jaraknya tetapi mempunyai ikatan yang lebih kuat dengan inti (nucleus)
- 4. Elektron Valensi Elektron yangberada di orbit lebih jauh dari inti (nucleus) memiliki energi yang lebih tinggi dan kurang erat terikat pada atom daripada mereka lebih dekat ke inti. Hal ini karena gaya tarik-menarik antara inti bermuatan positif dan elektron bermuatan negatif menurun dengan meningkatnya jarak dari inti Elektron dengan energi tertinggi ada di kulit terluar dari atom dan relatif lebih longgar ikatannya. Shell terluar ini dikenal sebagai shell valensi dan elektron di kulit ini disebut elektron valensi. Elektron valensi ini berkontribusi dalam reaksi kimia dan ikatan dalam struktur material dan menentukan sifat listriknya. Ketika elektron valensi mendapatkan energi yang cukup dari sumber eksternal, hal itu dapat membebaskan diri dari atom-nya. Ini adalah dasar untuk konduksi bahan
- 5. Material Piranti Elektronika Material, dalamsifat listriknya, dibagi menjadi 3 bagian yaitu: konduktor, semikonduktor, dan isolator Semua material terbuat dari atom. Atom-atom ini berkontribusi terhadap sifat listrik dari bahan, termasuk kemampuannya untuk menghantarkan arus listrik
- 6. Elektron valensi bisaberpindah ke pita konduksi jika mendapat energi cukup → menjadi elektron bebas. Band gap = perbedaan energi antara pita valensi & pita konduksi. Isolator: band gap sangat besar, hanya bisa ditembus pada kondisi breakdown. Semikonduktor: band gap sempit, elektron dapat lompat ke pita konduksi bila menyerap energi (misal foton). Konduktor: pita valensi & konduksi overlapped → elektron selalu bebas bergerak. BAND GAP
- 7. Comparison of aSemiconductor Atom to a Conductor Atom Elektron valensi pada tembaga 1, pada silikon 4 Elektron valensi pada tembaga terletak pada shell ke 4, sedang pada silikon pada shell ke 3 Hal ini berarti bahwa lebih mudah bagi elektron valensi tembaga untuk memperoleh tambahan energi yang cukup untuk melarikan diri dari atom mereka dan menjadi elektron bebas daripada di silikon
- 8. Silicon and Germanium Siliconis used in diodes, transistors, integrated circuits, and other semiconductor devices Notice that both silicon and germanium have the characteristic four valence electron
- 9. Silikon vs Germanium Elektronvalensi Germanium → di shell ke-4 (energi lebih tinggi, mudah lepas). Elektron valensi Silikon → di shell ke-3 (lebih dekat inti, lebih stabil). Germanium: kurang stabil di suhu tinggi, arus balik besar. Silikon: lebih stabil, sehingga lebih banyak digunakan sebagai bahan semikonduktor.
- 10. (a) The centersilicon atom shares an electron with each of the four surrounding silicon atoms, creating a covalent bond with each. The surrounding atoms are in turn bonded to other atoms, and so on. (b) Bonding diagram. The red negative signs represent the shared valence electrons. Covalent Bonds Ikatan Kovalen (Covalent Bonds) Atom silikon memiliki 4 elektron valensi, masing-masing berbagi dengan tetangganya → total 8 elektron bersama. Hasilnya: kondisi stabil secara kimia. Ikatan kovalen inilah yang menyatukan atom-atom silikon. Kristal intrinsik: kristal murni tanpa pengotor (impurities).
- 11. ARUS DALAM SEMICONDUCTORS Sebagaimanakita ketahui, elektron dalam atom elektron dalam atom berada pada pita energi tertentu. Masing- masing shell di sekeliling nucleus mempunyai energi tertentu dan antar shell dipisahkan oleh sebuah gap dimana tdk terdapat elektro Cara material menghantarkan arus listrik sangat penting dalam memahami bagaimana perangkat elektronik beroperasi. Kita tidak bisa benar-benar memahami pengoperasian semikonduktor tersebut sebagai dioda atau transistor tanpa mengetahui arus dalam semikondukto
- 12. Pada suhu ruang,elektron valensi silikon bisa lompat dari pita valensi → pita konduksi → menjadi elektron bebas (konduksi). Tempat yang ditinggalkan elektron disebut hole → terbentuk electron-hole pair. Rekombinasi: elektron di pita konduksi kehilangan energi dan kembali ke hole di pita valensi. Dalam silikon intrinsik, jumlah elektron bebas = jumlah hole, bergerak acak di dalam material. Conduction Electrons and Holes
- 13. Arus Elektron danArus Hole Arus Elektron: Saat diberi tegangan, elektron bebas dalam pita konduksi bergerak acak lalu tertarik ke arah positif. Pergerakan ini disebut arus elektron (electron current). Arus Hole: Saat elektron bebas terbentuk, ditinggalkan hole di pita valensi. Elektron lain di pita valensi bisa berpindah ke hole tetangga, meninggalkan hole baru. Efektifnya, hole berpindah dan membentuk arus hole. Walaupun disebabkan oleh pergerakan elektron valensi, tetap disebut arus hole untuk membedakannya dari arus elektron di pita konduksi.
- 14. P-Type Semiconductor Ditambahkan atom trivalent(3 elektron valensi) → B, In, Ga. Kekurangan 1 elektron → terbentuk hole. Hole = majority carriers. Disebut semikonduktor tipe P karena pembawa utama adalah hole bermuatan positif. Doping & Jenis Semikonduktor Semikonduktor intrinsik sulit menghantarkan arus karena jumlah elektron bebas & hole terbatas. Konduktivitas dapat ditingkatkan dengan menambahkan impurities (doping). Ada 2 jenis doping: a.N-Type (donor, elektron mayoritas) b.P-Type (akseptor, hole mayoritas) N-Type Semiconductor Ditambahkan atom pentavalent (5 elektron valensi) → As, P, Bi, Sb. Satu elektron ekstra menjadi elektron bebas. Elektron = majority carriers. Disebut semikonduktor tipe N karena pembawa utama adalah elektron bermuatan negatif.
- 15. PN Junction terbentuksaat silikon didoping Sisi N dengan atom pentavalent → banyak elektron. Sisi P dengan atom trivalent → banyak hole. Pertemuan keduanya membentuk junction → dasar dioda, transistor, solar cell Depletion Region Elektron dari sisi N berdifusi ke sisi P dan bergabung dengan hole. Daerah N kehilangan elektron → bermuatan positif. Daerah P kehilangan hole → bermuatan negatif. Terbentuk lapisan muatan positif & negatif → daerah deplesi. Daerah ini tipis, terbentuk cepat, dan menghalangi difusi lebih lanjut.
- 16. Barrier Potential Medan listrikpada daerah deplesi menjadi penghalang bagi elektron bebas. Diperlukan energi eksternal (tegangan) agar elektron bisa melewati barrier ini. Besarnya barrier potential: ±0,7 V (Si), ±0,3 V (Ge).