Apakah Intrinsic Semiconductor

Apakah Semikonduktor Intrinsic?

Definisi Semikonduktor Intrinsic

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

Kedua Si dan Ge memiliki empat elektron di kulit terluar, atau kulit valensi, mereka. Elektron valensi ini bertanggung jawab atas sifat konduksi semikonduktor.

Struktur kristal Silikon (hal yang sama juga berlaku untuk Germanium) dalam dua dimensi seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1. Di sini dapat dilihat bahwa setiap elektron valensi atom Si berpasangan dengan elektron valensi atom Si yang bersebelahan untuk membentuk ikatan kovalen.

Setelah berpasangan, semikonduktor intrinsic 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 melewati celah energi terlarang, sehingga semikonduktor intrinsic bertindak sebagai isolator pada 0K.

Namun, pada suhu ruangan, energi termal mungkin menyebabkan beberapa ikatan kovalen putus, sehingga menghasilkan elektron bebas seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3a. Elektron yang dihasilkan 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 intrinsic dan bertanggung jawab atas sifat konduktif yang ditunjukkan oleh bahan semikonduktor intrinsic.

Meskipun semikonduktor intrinsic 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-elektron ini berpindah dari band valensi ke band konduksi, meningkatkan konduktivitas. Jumlah elektron (ni) selalu sama dengan jumlah lubang (pi) dalam semikonduktor intrinsic.

Dengan menerapkan medan listrik pada semikonduktor intrinsic, 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 pergerakan elektron dan lubang saling berlawanan. Hal ini karena, saat elektron dari atom tertentu bergerak ke kiri, misalnya, meninggalkan lubang di tempatnya, elektron dari atom tetangga mengisi tempatnya dengan rekombinasi 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, kepadatan pembawa muatan dalam semikonduktor intrinsic diberikan oleh

Di sini,

N c adalah kepadatan efektif negara dalam band konduksi.

Nv adalah kepadatan efektif negara dalam band valensi.

adalah tetapan Boltzmann.

T adalah suhu.

EF adalah energi Fermi.

Ev menunjukkan tingkat band valensi.

Ec menunjukkan tingkat band konduksi.

adalah tetapan Planck.

mh adalah massa efektif lubang.

me adalah massa efektif elektron.