Impuritas Donor dan Akseptor dalam Semikonduktor

Definisi Doping

Doping adalah proses menambahkan impuritas ke semikonduktor untuk mengubah sifat konduktifnya.

Impuritas Donor

Impuritas donor adalah atom pentavalen yang ditambahkan ke semikonduktor, menyumbangkan elektron bebas ekstra, membentuk semikonduktor tipe-n.

Semikonduktor Tipe-N

Ketika impuritas tipe-n atau donor ditambahkan ke semikonduktor, celah energi terlarang dalam struktur kristal menjadi lebih sempit. Atom-atom donor memperkenalkan tingkat energi baru tepat di bawah band konduksi. Tingkat-tingkat ini diskrit karena atom-atom impuritas berjarak jauh dan berinteraksi minimal. Pada germanium, celah energinya adalah 0,01 eV, dan pada silikon, 0,05 eV pada suhu ruangan. Dengan demikian, pada suhu ruangan, elektron kelima dari atom-atom donor masuk ke band konduksi. Penambahan jumlah elektron menghasilkan lubang yang lebih sedikit.

Jumlah lubang per volume unit pada semikonduktor tipe-n bahkan lebih rendah daripada jumlah lubang pada volume unit yang sama dari semikonduktor intrinsik pada suhu yang sama. Hal ini disebabkan oleh kelebihan elektron, dan akan ada laju rekombinasi pasangan elektron-lubang yang lebih tinggi daripada semikonduktor murni atau intrinsik.

Semikonduktor Tipe-P

Jika bukan impuritas pentavalen, tetapi impuritas trivalen ditambahkan ke semikonduktor intrinsik, maka bukan elektron berlebih, melainkan lubang berlebih yang akan tercipta dalam kristal. Karena ketika impuritas trivalen ditambahkan ke kristal semikonduktor, atom-atom trivalen akan menggantikan beberapa atom semikonduktor tetravalen. Tiga (3) elektron valensi atom impuritas trivalen akan membuat ikatan dengan tiga atom semikonduktor tetangga. Oleh karena itu, akan ada kekurangan satu elektron dalam satu ikatan atom semikonduktor tetangga keempat yang menyumbang lubang ke kristal. Karena impuritas trivalen menyumbang lubang berlebih ke kristal semikonduktor, dan lubang-lubang ini dapat menerima elektron, impuritas-impuritas ini disebut sebagai impuritas penerima. Karena lubang hampir membawa muatan positif, impuritas-impuritas tersebut disebut impuritas jenis positif atau tipe-p, dan semikonduktor dengan impuritas tipe-p disebut semikonduktor tipe-p.

Menambahkan impuritas trivalen ke semikonduktor menciptakan tingkat energi diskrit tepat di atas band valensi. Celah kecil antara band valensi dan tingkat energi baru ini memungkinkan elektron mudah bergerak ke tingkat yang lebih tinggi dengan sedikit energi eksternal. Ketika elektron bergerak ke tingkat baru ini, ia meninggalkan kekosongan, atau lubang, di band valensi.

Ketika kita menambahkan impuritas tipe-n ke semikonduktor, akan ada elektron berlebih dalam kristal, tetapi hal ini tidak berarti bahwa tidak akan ada lubang. Karena sifat intrinsik semikonduktor pada suhu ruangan, selalu ada beberapa pasangan elektron-lubang dalam semikonduktor. Dengan penambahan impuritas tipe-n, elektron akan ditambahkan ke pasangan elektron-lubang tersebut, dan juga jumlah lubang berkurang karena rekomposisi berlebih untuk elektron berlebih. Oleh karena itu, jumlah total pembawa muatan negatif atau elektron bebas akan lebih banyak daripada lubang dalam semikonduktor tipe-n. Itulah sebabnya, dalam semikonduktor tipe-n, elektron disebut pembawa muatan mayoritas, sedangkan lubang disebut pembawa muatan minoritas. Demikian pula, dalam semikonduktor tipe-p, lubang disebut pembawa muatan mayoritas dan elektron disebut pembawa muatan minoritas.

Impuritas Penerima

Impuritas penerima adalah atom trivalen yang ditambahkan ke semikonduktor, menciptakan lubang berlebih, membentuk semikonduktor tipe-p.