Jenis bahan semi konduktor intrinsik umumnya mempunyai valensi empat dan ikatan dalam kristalnya adalah ikatan kovalen, hal ini dapat dimengerti karena
elektron valensi pada kulit terluar dipakai bersama-sama. Pada bahan semi konduktor intrinsik, hantaran listrik yang terjadi disebabkan oleh
mengalirnya elektron karena panas. Apabila temperatur naik, maka akan terjadi random thermis sehingga akan ada elektron yang terbebas dari ikatan atomnya
elektron pada kulit terluarnya. Dengan terlepasnya elektron ini, maka terjadilah kekosongan elektron yang sering disebut “hole”. Hole ini mempunyai sifat seperti
partikel-pertikel yang dapat menghantarkan arus listrik karena dapat berpindah- pindah, dan dianggap sebagai partikel yang bermuatan positif sebesar muatan
elektron. Gerakan hole ini menyebabkan gerakan elektron yang terikat. Sifat-sifat semi konduktor intrinsik:
Jumlah elektron bebas sama dengan hole Hantaran arus disebabkan oleh elektron bebas dan hole
Arah pergerakan hole sama dengan arah polaritas medan listrik E dan berlawanan arah dengan pergerakan elektron
Umur rata-ratanya adalah antara 100-1000 detik atau lebih. Umur rata-rata dari sepasang elektron-hole electron-hole pair adalah jumlah waktu saat tertutupnya
pasangan elektron-hole sampai bertemunya elektron bebas dengan hole. Adapun yang mengisi hole pada umumnya adalah elektron yang terikat dilapisan sebelah bawahnya.
2 Bahan Semi konduktor Ekstrinsik semi konduktor tidak murni
Jenis bahan semi konduktor ekstrinsik didapat dengan jalan mengadakan doping antara bahan semi konduktor intrinsik dengan bahan yang valensinya berada dibawah
atau di atas bahan intrinsik tersebut. Atas dasar tersebut, dibedakan dua jenis semi konduktor ekstrinsik, yaitu :
N-type semi konduktor P-type semi konduktor
3. Komponen Semikonduktor
Agar bisa dipakai pada peralatan elektronika, sebuah semikonduktor harus dibuat komponen. Ada dua jenis komponen yang terbuat dari bahan semikonduktor yaitu
discretepotongan dan intergratedkesatuan. Contoh komponen semikonduktor discrete yaitu dioda, transistor dan mosfet. Sedangkan contoh semikonduktor integrated adalah
komponen IC.
Alat-alat elektronika yang menggunakan komponen semikonduktor dikenal dengan istilah solid state atau bentuk padat. Penggunaan komponen semikonduktor
menggantikan fungsi tabung hampa yang dikenal dengan istilah vacum state atau bentuk hampa. Contoh alat elektronika pada zaman dahulu yang dibuat dengan
semikonduktor dan paling fenomenal adalah radio transistor.
4. Doping Semikonduktor
Doping merupakan sebuah proses dari penambahan impuritas pengotor ke dalam semikonduktor murni intrinsik. Penambahan doping tersebut dimaksudkan untuk
menambah konduktivitas listrik material semikonduktor. Perbedaan jumlah elektron
elektron antara doping material dopan dan elektron dalam semikonduktor murni dapat menghasilkan negatif semikonduktor tipe n atau positif semikonduktor tipe p
pembawa sifat listrik. Dopan disebut atom akseptor apabila menerima elektron dari atom semikonduktor. Sedangkan dopan disebut donor apabila menyumbangkan
elektron ke atom semikonduktor. Misalkan atom Si yang memiliki 4 buah elektron valensi, dua pasang elektron tersebut akan membentuk ikatan kovalen. Untuk
menghasilkan semikonduktor tipe n, dibutuhkan atom yang memiliki lebih banyak elektron. Misal atom phosporus P yang memiliki elektron valensi 5 buah. Atom P
tersebut apabila di dopingkan ke dalam semikonduktor Si akan memberikan elektron ekstra, sehingga elektron tersebut akan membuat semikonduktor tipe n. Sedangkan
untuk menghasilkan semikonduktor tipe p, dibutuhkan atom dengan jumlah elektron kurang dari elektron yang dimiliki semikonduktor Si. Misal atom aluminium Al
yang memiliki elektron valensi 3 buah. Atom Al yang didopingkan ke dalam semikonduktor Si akan berikatan dengan 3 buah atom Al, artinya ada sebuah elektron
dari Si yang tidak berpasangan dengan Al. Maka Semikonduktor tersebut memiliki hole yang bertindak sebagai penghasil sifat listrik. Dengan kata lain semikonduktor
menjadi bertipe p. Dalam produksi semikonduktor, doping menunjuk ke proses yang bertujuan
menambah ketidakmurnian impuritya kepada semikonduktor sangat murni juga disebut intrinsik dalam rangka mengubah sifat listriknya. Ketidakmurnian ini
tergantung dari jenis semikonduktor. Beberapa dopant biasanya ditambahkan ketika
boule ditumbuhkan, memberikan
setiap wafer
doping awal yang hampir seragam. Untuk membedakan unsur sirkuit, wilayah terpilih biasanya dikontrol oleh
photolithografi didop lebih lanjut dengan
proses difusi
atau implantasi ion
, metode kedua lebih populer dalam produksi skala besar karena kemudahan pengontrolannya.
Jumlah atom dopant yang dibutuhkan untuk menciptakan sebuah perbedaan dalam kemampuan sebuah semikonduktor sangat kecil. Bila sejumlah kecil atom dopant
ditambahkan dalam order 1 setiap 100.000.000 atom, doping ini disebut rendah atau ringan. Ketika lebih banyak atom dopant ditambahkan dalam order 10.000 doping
ini disebut sebagai berat atau tinggi. Hal ini ditunjukkan sebagai n+ untuk dopant tipe- n atau p+ untuk doping tipe-p.
a. Donor dopant dalam Semiconductor
Untuk semikonduktor pengotor dengan menambahkan sejumlah kecil bahan lain disebut dopan group III atau kelompok V dopan untuk Si. Untuk Si elemen,
kelompok V misalnya antimoni Sb menyumbangkan elektron dan membuat tipe-n Si Extra elektron 5 e-As vs 4 e-untuk Si adalah lemah terikat, dengan tingkat
energi tepat di bawah pita konduksi tingkat donor. Elektron dengan mudah dapat dipromosikan ke pita konduksi, sangat meningkatkan konduktivitas listrik dengan
meningkatkan kerapatan pembawa n. Karena atom antimoni Sb bervalensi lima, maka empat electron valensi
mendapatkan pasangan ikatan kovalen dengan atom silicon sedangkan elektron valensi yang kelima tidak mendapatkan pasangan. Oleh karena itu ikatan elektron
kelima ini dengan inti menjadi lemah dan mudah menjadi elektron bebas. Karena setiap atom depan ini menyumbang sebuah elektron, maka atom yang bervalensi lima
disebut dengan atom donor. Dan elektron “bebas” sumbangan dari atom dopan inipun dapat dikontrol jumlahnya atau konsentrasinya. Meskipun bahan silikon type n ini
mengandung elektron bebas pembawa mayoritas cukup banyak, namun secara keseluruhan kristal ini tetap netral karena jumlah muatan positip pada inti atom masih
sama dengan jumlah keseluruhan elektronnya. Pada bahan type n disamping jumlah elektron bebasnya pembawa mayoritas
meningkat, ternyata jumlah holenya pembawa minoritas menurun. Hal ini disebabkan karena dengan bertambahnya jumlah elektron bebas, maka kecepatan hole
dan elektron ber-rekombinasi bergabungnya kembali elektron dengan hole semakin meningkat. Sehingga jumlah holenya menurun. Level energi dari elektron bebas
sumbangan atom donor. Jarak antara pita konduksi dengan level energi donor sangat kecil yaitu 0.05 eV untuk silikon dan 0.01 eV untuk germanium. Oleh karena itu pada
suhu ruang saja, maka semua elektron donor sudah bisa mencapai pita konduksi dan menjadi electron bebas.
b. Penerima dopan dalam Semiconductor
Untuk Si, kelompok elemen III misalnya Ga menerima elektron dan membuat tipe-p Si Hilang elektron 3 e-of Ga vs 4 e-untuk Si menghasilkan sebuah lubang
ekstra, dengan tingkat energi yang tepat di atas pita valensi akseptor tingkat. Lubang dapat dengan mudah terbentuk di pita valensi, sangat meningkatkan konduktivitas
listrik.
5. Semikonduktor Tipe –p dan Tipe –n
