Impurities Donor dan Akseptor dalam Semikonduktor

Definisi Doping

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

Impurities Donor

Impurities donor adalah atom pentavalen yang ditambahkan ke semikonduktor, menyumbangkan elektron bebas tambahan, dan membentuk semikonduktor tipe n.

Semikonduktor Tipe N

Apabila impurities tipe n atau donor ditambahkan ke semikonduktor, jurang energi terlarang dalam struktur kristal menjadi lebih sempit. Atom-atom donor memperkenalkan tingkat energi baru tepat di bawah band konduksi. Tingkat-tingkat ini adalah diskrit kerana atom-atom impurities berada jauh satu sama lain dan berinteraksi minimal. Dalam germanium, jurang energi adalah 0.01 eV, dan dalam silikon, ia adalah 0.05 eV pada suhu bilik. Oleh itu, pada suhu bilik, elektron kelima dari atom-atom donor masuk ke band konduksi. Peningkatan jumlah elektron menyebabkan lubang-lubang berkurang.

Jumlah lubang per unit isipadu dalam semikonduktor tipe n bahkan lebih rendah daripada jumlah lubang dalam unit isipadu semikonduktor intrinsik pada suhu yang sama. 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 sebaliknya, impurities trivalen ditambahkan ke semikonduktor intrinsik, maka bukan elektron berlebihan, tetapi akan ada lubang berlebihan yang diciptakan dalam kristal. Karena apabila impurities trivalen ditambahkan ke kristal semikonduktor, atom-atom trivalen akan menggantikan beberapa atom semikonduktor tetravalen. Tiga (3) elektron valensi atom impurities trivalen akan membuat ikatan dengan tiga atom semikonduktor tetangga. Oleh itu, akan ada kekurangan elektron dalam satu ikatan atom semikonduktor tetangga keempat yang menyumbang lubang ke kristal. Kerana impurities trivalen menyumbangkan lubang berlebihan ke kristal semikonduktor, dan lubang-lubang ini dapat menerima elektron, impurities ini disebut sebagai impurities penerima. Karena lubang-lubang ini secara virtual membawa muatan positif, impurities tersebut disebut sebagai impurities tipe positif atau tipe p, dan semikonduktor dengan impurities tipe p disebut semikonduktor tipe p.

Menambahkan impurities trivalen ke semikonduktor menciptakan tingkat energi diskrit tepat di atas band valensi. Jurang kecil antara band valensi dan tingkat energi baru ini memungkinkan elektron untuk 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 impurities tipe n ke semikonduktor, akan ada kelebihan elektron dalam kristal, tetapi ini tidak berarti bahwa tidak akan ada lubang. Karena sifat intrinsik semikonduktor pada suhu bilik, selalu ada beberapa pasangan elektron-lubang dalam semikonduktor. Karena penambahan impurities tipe n, elektron akan ditambahkan ke pasangan elektron-lubang tersebut, dan juga jumlah lubang berkurang akibat rekomposisi berlebihan karena elektron berlebihan. Oleh itu, jumlah total pembawa muatan negatif atau elektron bebas akan lebih banyak daripada jumlah lubang dalam semikonduktor tipe n. Itulah sebabnya dalam semikonduktor tipe n, elektron disebut sebagai pembawa muatan mayoritas, sementara lubang disebut sebagai pembawa muatan minoritas. Demikian pula dalam semikonduktor tipe p, lubang disebut sebagai pembawa muatan mayoritas, dan elektron disebut sebagai pembawa muatan minoritas.

Impurities Penerima

Impurities penerima adalah atom trivalen yang ditambahkan ke semikonduktor, menciptakan lubang berlebihan, dan membentuk semikonduktor tipe p.