Apa itu Semikonduktor Tipe N

Apa itu Semikonduktor Tipe N?

Definisi Semikonduktor Tipe N

Semikonduktor tipe N didefinisikan sebagai jenis semikonduktor yang telah dimodifikasi dengan impuritas pentavalen untuk meningkatkan konduktivitasnya dengan menambah elektron bebas.

Sebelum memahami apa itu semikonduktor tipe N, kita harus fokus pada ilmu atom dasar. Atom bertujuan untuk memiliki delapan elektron di orbit terluarnya, yang dikenal sebagai elektron valensi. Tidak semua atom mencapai hal ini, tetapi mereka semua berusaha mencapai konfigurasi stabil tersebut.

Elektron di orbit terluar atom disebut elektron valensi. Jika orbit terluar atom tidak memiliki delapan elektron, maka akan ada sebanyak kekurangan elektron di orbit tersebut. Kekurangan ini selalu siap menerima elektron untuk melengkapi delapan elektron di orbit terluar atom.

Semikonduktor yang paling umum digunakan adalah silikon dan germanium. Silikon memiliki 14 elektron yang disusun sebagai 2, 8, 4, sementara germanium memiliki 32 elektron yang disusun sebagai 2, 8, 18, 4. Kedua semikonduktor ini memiliki empat elektron di orbit terluarnya, menyisakan kekosongan untuk empat elektron lagi.

Setiap dari empat elektron valensi dalam silikon atau germanium membentuk ikatan kovalen dengan atom-atom tetangga, mengisi kekosongan. Idealnya, semua elektron valensi dalam kristal semikonduktor terlibat dalam ikatan kovalen, sehingga tidak seharusnya ada elektron bebas dalam kristal.

Namun, ini bukan kasus yang sebenarnya. Pada suhu absolut 0o Kelvin tidak akan ada elektron bebas dalam kristal, tetapi ketika suhu naik dari nol absolut ke suhu ruangan, beberapa elektron valensi dalam ikatan dipanaskan secara termal dan keluar dari ikatan, menghasilkan sejumlah elektron bebas dalam kristal. Elektron-elektron bebas ini menyebabkan konduktivitas bahan semikonduktor pada suhu apapun yang lebih tinggi dari nol absolut.

Ada metode untuk meningkatkan konduktivitas semikonduktor pada suhu apapun yang lebih tinggi dari nol absolut. Metode ini disebut doping. Dalam metode ini, semikonduktor murni atau intrinsik didoping dengan impuritas pentavalen seperti antimon, arsenik, dan fosfor. Atom-atom impuritas ini menggantikan beberapa atom semikonduktor dalam kristal dan menduduki posisi mereka. Sebagai atom-atom impuritas memiliki lima elektron valensi di orbit terluar, empat di antaranya akan membentuk ikatan kovalen dengan empat atom semikonduktor tetangga.

Satu elektron valensi atom impuritas tidak mendapatkan kesempatan untuk terlibat dalam ikatan kovalen dan menjadi lebih longgar terikat dengan atom impuritas induk. Pada suhu ruangan, elektron valensi kelima yang longgar terikat ini dapat keluar dari posisinya karena eksitasi termal.

Karena fenomena ini, akan ada sejumlah besar elektron bebas, tetapi masih ada putusnya ikatan kovalen dalam kristal karena eksitasi termal pada suhu ruangan. Elektron-elektron bebas ditambah dengan elektron bebas yang dibuat akibat putusnya ikatan kovalen semikonduktor-ke-semikonduktor dan semikonduktor-ke-impuritas menyebabkan total elektron bebas dalam kristal.

Meskipun setiap kali elektron bebas dibuat selama putusnya ikatan kovalen semikonduktor-ke-semikonduktor, ada kekosongan yang dibuat dalam ikatan yang rusak. Kekosongan-kekosongan ini disebut lubang. Setiap lubang ini dianggap sebagai ekivalen positif dari elektron negatif karena dibuat akibat kekurangan satu elektron. Di sini, elektron adalah pembawa muatan utama. Dalam semikonduktor tipe N akan ada kedua elektron bebas dan lubang.

Namun, jumlah lubang jauh lebih kecil daripada jumlah elektron karena lubang hanya dibuat akibat putusnya ikatan kovalen semikonduktor-ke-semikonduktor, sementara elektron bebas dibuat baik oleh elektron valensi kelima yang longgar terikat dari atom-atom impuritas maupun putusnya ikatan kovalen semikonduktor-ke-semikonduktor.

Oleh karena itu, jumlah elektron bebas >> jumlah lubang dalam semikonduktor tipe N. Itulah sebabnya elektron bebas disebut pembawa mayoritas, dan lubang disebut pembawa minoritas dalam semikonduktor tipe N. Karena elektron bermuatan negatif terutama terlibat dalam transfer muatan melalui semikonduktor ini, ia disebut semikonduktor tipe negatif atau tipe N. Meskipun ada banyak elektron bebas dalam kristal, tetap netral secara listrik karena jumlah proton total dan jumlah elektron total sama.