Ppt semikonduktor Elektronika Engineering

Elektronika

1. KonduktorKonduktor
SemiSemi
Elektronika
By: Mumtaz Lailaa

2. AtomAtom
The nucleus consists of 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 jarak diskrit (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 yang berada 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, dalam sifat 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 bisa berpindah 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 a Semiconductor 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
Silicon is 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
Elektron valensi 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 center silicon 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
Sebagaimana kita
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 dan Arus 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 terbentuk saat 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 listrik pada 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).