Material Semikonduktor

Teori Atom

Elemen terkecil dari suatu bahan yang masih memiliki sifat-sifat kimia dan fisika yang sama adalah atom. Suatu atom terdiri atas tiga partikel dasar, yaitu : neutron, proton, dan elektron. Dalam struktur atom, proton dan neutron membentuk inti atom yang bermuatan positif, sedangkan elektron-elektron yang bermuatan negatif mengelilingi inti. Elektron-elektron ini tersusun berlapis-lapis.

Gambar Struktur Atom Silikon dan Germanium

Sesuai dengan struktur atom pada gambar, atom silikon mempunyai elektron yang mengorbit (mengelilingi inti) sebanyak 14 dan atom germanium mempunyai 32 elektron. Pada atom yang seimbang (netral) jumlah elektron dalam orbit sama dengan jumlah proton dalam inti. Elektron yang menempati lapisan terluar disebut sebagai elektron valensi. Atom silikon dan germanium masing mempunyai empat elektron valensi. Setiap elektron valensi akan membentuk ikatan kovalen dengan elektron valensi dari atom-atom yang bersebelahan.

Gambar Struktur Kristal Silikon

Meskipun terikat dengan kuat dalam struktur kristal, namun elektron valensi tersebut bisa keluar dari ikatan kovalen menuju daerah konduksi apabila diberikan energi panas. Bila energi panas tersebut cukup kuat untuk memisahkan elektron dari ikatan kovalen maka elektron tersebut menjadi elektron bebas. Semakin besar energi panas yang diberikan semakin banyak jumlah elektron bebas yang keluar dari ikatan kovalen, dengan kata lain konduktivitas bahan meningkat.

Semikonduktor

Bahan Semikonduktor adalah bahan penghantar listrik yang tidak sebaik Konduktor, tetapi tidak pula seburuk Isolator yang sama sekali tidak menghantarkan arus listrik. Pada dasarnya Semikonduktor berada diantara Konduktor dan Isolator. Semikonduktor berbeda dengan Resistor, karena Semikonduktor dapat berfungsi sebagai Konduktor jika diberikan arus listrik tertentu, suhu tertentu dan juga tata cara atau persyaratan tertentu. Bahan Semikonduktor sendiri terbagi menjadi 2 jenis :

Bahan Semikonduktor intrinsik

Bahan Semikonduktor intrinsik adalah bahan yang terdiri dari satu unsur saja (murni). Bahan Semikonduktor antara lain Germanium (Ge), Silikon (Si), Selenium (Se), Tellurium (Te), Boron (B), dan lain-lain.

Gambar Germanium

Gambar Silikon

Bahan Semikonduktor ekstrinsik

Bahan Semikonduktor ekstrinsik adalah bahan yang telah melalui proses doping. Proses doping adalah proses untuk menambahkan ketidakmurnian (Impurity) pada semikonduktor yang murni (intrinsik) sehingga dapat mengubah sifat atau karakteristik kelistrikannya. Bahan-bahan yang digunakan untuk proses doping yaitu Arsen (Arsenic), Indium dan Antimony.

Gambar Arsen

Gambar Indium

Bahan-bahan ini disebut dopant. Semikonduktor ekstrinsik sendiri dapat dibagi menjadi 2 jenis :

N-Type Semikonduktor

Dikatakan N-type karena Semikonduktor jenis ini pembawa muatannya (Charge Carrier) terdiri dari elektron. Elektron bermuatan negatif sehingga disebut dengan Tipe Negatif atau N-type. Pada Semikonduktor yang berbahan Silikon (Si), Proses Doping dengan menambahkan Arsenic atau Antimony akan menjadikan Semikonduktor tersebut sebagai N-type Semikonduktor. Terdapat dua Charge Carrier dalam N-type Semikonduktor, yaitu elektron sebagai Majority Carrier dan hole sebagai Minority Carrier.

Gambar Semikonduktor Tipe N

P-Type Semikonduktor

Dikatakan P-type karena Semikonduktor jenis ini kekurangan Elektron atau disebut dengan Hole. Ketika pembawa muatannya (Charge Carrier) adalah Hole maka Semikonduktor tersebut merupakan Semikonduktor bermuatan positif. Pada Semikonduktor yang berbahan Silikon (Si), Proses Doping dengan menambahkan Indium akan menjadikan Semikonduktor tersebut sebagai P-type Semikonduktor. Dua pembawa muatan yang terdapat dalam P-type Semikonduktor adalah Hole sebagai Majority Carrier dan Elektron sebagai Minority Carrier.

Gambar Semikonduktor Tipe P

Material Semikonduktor