Apa itu Intrinsic Semiconductor

Apa itu Semikonduktor Intrinsik?

Definisi Semikonduktor Intrinsik

Semikonduktor adalah bahan yang konduktivitasnya berada di antara konduktor dan isolator. Semikonduktor yang secara kimia murni, artinya bebas dari impuritas, disebut Semikonduktor Intrinsik atau Semikonduktor Tidak Diadopsi atau semikonduktor tipe-i. Semikonduktor intrinsik yang paling umum adalah Silikon (Si) dan Germanium (Ge), yang termasuk dalam Grup IV tabel periodik. Nomor atom Si dan Ge adalah 14 dan 32, yang menghasilkan konfigurasi elektronik mereka masing-masing sebagai 1s2 2s2 2p6 3s2 3p2 dan 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p2.

Baik Si maupun Ge memiliki empat elektron di kulit valensinya, atau kulit terluar. Elektron valensi ini bertanggung jawab atas sifat konduktivitas semikonduktor.

Rangkaian kristal Silikon (itu sama untuk Germanium) dalam dua dimensi seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1. Di sini terlihat bahwa setiap elektron valensi dari atom Si dipasangkan dengan elektron valensi dari atom Si yang berdekatan untuk membentuk ikatan kovalen.

Setelah dipasangkan, semikonduktor intrinsik kekurangan pembawa muatan bebas, yaitu elektron valensi. Pada 0K, band valensi penuh, dan band konduksi kosong. Tidak ada elektron valensi yang memiliki cukup energi untuk menyeberangi celah energi terlarang, sehingga semikonduktor intrinsik bertindak sebagai isolator pada 0K.

Namun, pada suhu ruangan, energi termal dapat menyebabkan beberapa ikatan kovalen putus, sehingga menghasilkan elektron bebas seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3a. Elektron yang dihasilkan tersebut menjadi terexcited dan berpindah dari band valensi ke band konduksi, mengatasi hambatan energi (Gambar 2b). Selama proses ini, setiap elektron meninggalkan lubang di band valensi. Elektron dan lubang yang dibuat dengan cara ini disebut pembawa muatan intrinsik dan bertanggung jawab atas sifat konduktif yang ditunjukkan oleh bahan semikonduktor intrinsik.

Meskipun semikonduktor intrinsik dapat menghantar pada suhu ruangan, konduktivitasnya rendah karena sedikitnya pembawa muatan. Seiring peningkatan suhu, lebih banyak ikatan kovalen putus, menghasilkan lebih banyak elektron bebas. Elektron ini berpindah dari band valensi ke band konduksi, meningkatkan konduktivitas. Jumlah elektron (ni) selalu sama dengan jumlah lubang (pi) dalam semikonduktor intrinsik.

Dengan menerapkan medan listrik pada semikonduktor intrinsik tersebut, pasangan elektron-lubang dapat dipaksa untuk bergerak di bawah pengaruhnya. Dalam hal ini, elektron bergerak ke arah yang berlawanan dengan medan yang diterapkan, sementara lubang bergerak searah dengan medan listrik seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3b. Ini berarti bahwa arah gerakan elektron dan lubang saling berlawanan. Hal ini karena, ketika elektron dari atom tertentu bergerak ke kiri, misalnya, meninggalkan lubang di tempatnya, elektron dari atom tetangga akan mengisi tempatnya dengan recombining dengan lubang tersebut. Namun, sambil melakukannya, ia akan meninggalkan satu lubang lagi di tempatnya. Ini dapat dilihat sebagai pergerakan lubang (ke kanan dalam kasus ini) dalam bahan semikonduktor. Kedua pergerakan ini, meskipun berlawanan arah, menghasilkan aliran arus total melalui semikonduktor.

Secara matematis, densitas pembawa muatan dalam semikonduktor intrinsik diberikan oleh

Di sini,

N c adalah densitas efektif negara dalam band konduksi.

Nv adalah densitas efektif negara dalam band valensi.

adalah konstanta Boltzmann.

T adalah suhu.

EF adalah energi Fermi.

Ev menunjukkan tingkat band valensi.

Ec menunjukkan tingkat band konduksi.

adalah konstanta Planck.

mh adalah massa efektif lubang.

me adalah massa efektif elektron.