BAGIAN 2b.pdf
4
Elektronika 1 14 Irwan Arifin 2004 penambahan jumlah carrier. Dari persamaan (2.11) dimana N D = N A , didapatkan p = n, dan dari persamaan (2.10), n 2 = n i 2 , atau n = n i = konsentrasi intrinsik. Perluasan dari pernyataan diatas adalah jika konsentrasi atom donor diberikan pada semikonduktor tipe-p, dengan jumlah yang lebih besar dari konsentrasi akseptor (N D > N A ), maka bahan tersebut akan berubah dari semikonduktor tipe-p menjadi tipe-n. [Pada pers.(2.13) dan (2.14) N D harus diganti dengan N D – N A ] 2.5. Karakteristik Elektrik Germanium & Silikon Perbedaan mendasar antara logam dan semikonduktor : - Logam bersifat unipolar (arus hanya dibawa oleh satu jenis muatan, yaitu elektron) - Semikonduktor bersifat bipolar (mengandung dua jenis pembawa muatan, dengan tanda yang berlawanan (positif-negatif). Konduktivitas Andaikan carrier negatif (elektron bebas) memiliki mobilitas µ n dan carrier positif (hole) memiliki mobilitas µ p . Partikel-partikel bermuatan ini bergerak dengan arah berlawanan dalam medan listrik E, namun dengan arah arus yang sama (karena tanda mereka berlawanan). Kerapatan arus J adalah : J = (nµ n + pµ p ) qE = σE (2.16) dengan : n = konsentrasi elektron bebas (negatif) p = konsentrasi hole (positif) σ = konduktivitas Dengan demikian, σ = (nµ n + pµ p ) q (2.17) Untuk semikonduktor murni, n = p = n i , dengan n i adalah konsentrasi intrinsik. Konsentrasi Intrinsik Kenaikan temperatur pada semikonduktor intrinsik akan meningkatkan jumlah pasangan elektron-hole, sehingga konduktivitas meningkat. Hubungan antara konsentrasi intrinsik dengan temperatur T adalah sbb. : kT E i G e T A n / 3 0 2 0 − = (2.18) dengan E G0 adalah gap energi pada 0°K dalam eV, k konstanta Boltzman, dan A o adalah konstanta independen terhadap T. Konstanta E G0 , µ n , µ p , dll., untuk germanium dan silikon dapat dilihat pada tabel berikut ini :
Transcript of BAGIAN 2b.pdf
Elektronika 1 14 Irwan Arifin 2004
penambahan jumlah carrier. Dari persamaan (2.11) dimana ND = NA, didapatkan p = n, dan dari persamaan (2.10), n2
= ni2, atau n = ni = konsentrasi intrinsik.
Perluasan dari pernyataan diatas adalah jika konsentrasi atom donor diberikan pada semikonduktor tipe-p, dengan jumlah yang lebih besar dari konsentrasi akseptor (ND > NA), maka bahan tersebut akan berubah dari semikonduktor tipe-p menjadi tipe-n. [Pada pers.(2.13) dan (2.14) ND harus diganti dengan ND – NA]
2.5. Karakteristik Elektrik Germanium & Silikon Perbedaan mendasar antara logam dan semikonduktor : - Logam bersifat unipolar (arus hanya dibawa oleh satu jenis muatan, yaitu
elektron) - Semikonduktor bersifat bipolar (mengandung dua jenis pembawa muatan,
dengan tanda yang berlawanan (positif-negatif). Konduktivitas
Andaikan carrier negatif (elektron bebas) memiliki mobilitas µn dan carrier positif (hole) memiliki mobilitas µp. Partikel-partikel bermuatan ini bergerak dengan arah berlawanan dalam medan listrik E, namun dengan arah arus yang sama (karena tanda mereka berlawanan). Kerapatan arus J adalah : J = (nµn + pµp) qE = σE (2.16) dengan : n = konsentrasi elektron bebas (negatif) p = konsentrasi hole (positif) σ = konduktivitas Dengan demikian, σ = (nµn + pµp) q (2.17) Untuk semikonduktor murni, n = p = ni , dengan ni adalah konsentrasi intrinsik.
Konsentrasi Intrinsik Kenaikan temperatur pada semikonduktor intrinsik akan meningkatkan jumlah pasangan elektron-hole, sehingga konduktivitas meningkat. Hubungan antara konsentrasi intrinsik dengan temperatur T adalah sbb. : kTE
iGeTAn /3
02 0−= (2.18)
dengan EG0 adalah gap energi pada 0°K dalam eV, k konstanta Boltzman, dan Ao adalah konstanta independen terhadap T. Konstanta EG0, µn, µp, dll., untuk germanium dan silikon dapat dilihat pada tabel berikut ini :
Elektronika 1 15 Irwan Arifin 2004
Perhatikan germanium pada suhu kamar (300°K) memiliki kerapatan 1022 atom/cm3, sementara kerapatan intrinsiknya ni ≈ 1013 /cm3. Jadi dalam 109 atom germanium hanya terdapat satu elektron bebas (juga satu hole). Untuk silikon, nilainya lebih kecil, yaitu 1 banding 1012.
Gap Energi
Daerah terlarang EG dalam semikonduktor tergantung pada temperatur. Dari eksperimen diketahui untuk silikon : EG(T) = 1,21 – 3,60 x 10-4 T (2.19) dan pada suhu kamar (300°K) nilai EG = 1,1 eV. Untuk germanium, EG(T) = 0,785 – 2,23 x 10-4 T (2.20) di mana pada suhu ruang diperoleh nilai EG = 0,72 eV
Mobilitas Parameter µ bervariasi terhadap T –m dalam rentangan suhu 100 hingga 400°K. Untuk silikon, m = 2,5 (2,7) untuk elektron (hole) dan untuk silikon m = 1,66 (2,33). Mobilitas juga merupakan fungsi intensitas medan listrik dan cenderung konstan jika E < 103 V/cm dalam silikon tipe-n. Untuk 103 < E < 104 V/cm, µn berubah mendekati E-1/2. Untuk medan yang lebih besar, µn berbanding terbalik terhadap E dan kecepatan carrier mendekati nilai konstan 107 cm/s.
Elektronika 1 16 Irwan Arifin 2004
Elektronika 1 17 Irwan Arifin 2004
SOAL LATIHAN BAGIAN 2
