Apakah Semikonduktor Jenis N?

Apakah Semikonduktor Jenis N?

Definisi Semikonduktor Jenis N

Semikonduktor jenis n didefinisikan sebagai jenis semikonduktor yang telah didoping dengan impuriti pentavalen untuk meningkatkan konduktivitasnya dengan menambah elektron bebas.

Sebelum memahami apa itu semikonduktor jenis n, kita harus fokus pada sains atom dasar. Atom bertujuan untuk memiliki delapan elektron di orbit terluarnya, yang dikenal sebagai elektron valensi. Tidak semua atom mencapai 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 dalam orbit tersebut. Kekosongan 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, sedangkan germanium memiliki 32 elektron yang disusun sebagai 2, 8, 18, 4. Kedua semikonduktor ini memiliki empat elektron di orbit terluarnya, meninggalkan kekosongan untuk empat elektron lagi.

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

Namun, ini bukanlah kasus yang sebenarnya. Pada suhu absolut 0o Kelvin, tidak akan ada elektron bebas dalam kristal, tetapi ketika suhu naik dari nol absolut hingga suhu ruangan, beberapa elektron valensi dalam ikatan menjadi terexcited secara termal dan keluar dari ikatan, menghasilkan sejumlah elektron bebas dalam kristal. 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 impuriti pentavalen seperti antimon, arsenik, dan fosfor. Atom-atom impuriti ini menggantikan beberapa atom semikonduktor dalam kristal dan menduduki posisi mereka. Sebagai atom-atom impuriti memiliki lima elektron valensi di orbit terluar, empat di antaranya akan membentuk ikatan kovalen dengan empat atom semikonduktor tetangga.

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

Akibat fenomena ini, akan ada sejumlah besar elektron bebas, tetapi masih ada pecahnya ikatan kovalen dalam kristal karena excitation termal pada suhu ruangan. Elektron bebas ditambah dengan elektron bebas yang diciptakan akibat pecahnya ikatan kovalen semikonduktor-ke-semikonduktor dan semikonduktor-ke-impuriti menyebabkan total elektron bebas dalam kristal.

Meskipun setiap kali elektron bebas dibuat selama pecahnya ikatan kovalen semikonduktor-ke-semikonduktor, ada kekosongan yang diciptakan di ikatan yang rusak. Kekosongan-kekosongan ini disebut lubang. Setiap lubang ini dianggap sebagai ekuivalen positif dari elektron negatif karena diciptakan akibat kekurangan satu elektron. Di sini, elektron adalah pembawa muatan utama. Dalam semikonduktor jenis n, akan ada baik elektron bebas maupun lubang.

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

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