Pengertian Dasar Semikonduktor

Semikonduktor memiliki dampak yang sangat penting pada perkembangan teknologi yang digunaka pada masyarakat kita. Semikonduktor dapat di temukan chip mikroprosesor dan juga transistor. Bahkan apa pun yang terkomputerisasi atau menggunakan gelombang radio bergantung pada semikonduktor. Dan saat ini, sebagian besar chip dan transistor semikonduktor dibuat dengan silikon .

Bahan semikonduktor seperti silikon (Si), germanium (Ge) dan gallium arsenide (GaAs). Mereka bukan konduktor yang baik atau isolator yang baik (oleh karena itu namanya disebut "semi" -konduktor). Mereka hanya memiliki sedikit "elektron bebas" karena atom-atom mereka dikelompokkan sedemikian erat dalam pola kristal yang disebut "kisi kristal" namun elektron masih dapat mengalir, namun hanya dalam kondisi khusus.

Kemampuan semikonduktor untuk mengalirkan listrik dapat ditingkatkan dengan mengganti atau menambahkan atom donor atau akseptor tertentu ke struktur kristal ini sehingga menghasilkan lebih banyak elektron bebas daripada Hole atau sebaliknya. Yaitu dengan menambahkan sebagian kecil elemen lain ke bahan dasar, baik silikon atau germanium.

Silikon dan Germanium mereka sendiri digolongkan sebagai semikonduktor intrinsik, yang secara kimiawi murni, tidak mengandung bahan semi konduktif. Tetapi dengan mengendalikan jumlah kotoran yang ditambahkan pada bahan semikonduktor intrinsik ini, dimungkinkan untuk mengendalikan konduktivitasnya. Berbagai pengotor yang disebut donor atau akseptor dapat ditambahkan ke materi intrinsik ini untuk menghasilkan elektron bebas atau hole masing-masing.

Proses penambahan atom donor atau akseptor ke atom semikonduktor (urutan 1 atom pengotor per 10 juta (atau lebih) atom semikonduktor) disebut Doping. Seperti silikon yang diolah tidak lagi murni, atom donor dan akseptor ini secara kolektif disebut sebagai "kotoran", dan dengan doping bahan silikon ini dengan jumlah kotoran yang cukup, kita dapat mengubahnya menjadi semi konduktor.

Bahan dasar semikonduktor yang paling umum digunakan sejauh ini adalah silikon. Silikon memiliki empat elektron valensi pada kulit terluarnya, yang dilapisi dengan atom silikon tetangganya untuk membentuk orbital penuh dari delapan elektron. Struktur ikatan antara dua atom silikon sedemikian rupa sehingga masing-masing atom membagikan satu elektron dengan tetangganya membuat ikatannya sangat stabil.

Karena hanya ada sedikit elektron bebas yang tersedia untuk bergerak di sekitar kristal silikon, maka kristal silikon murni (atau germanium) merupakan isolator yang baik, atau pada resistor bernilai sangat rendah.

Tapi hanya menghubungkan kristal silikon ke power suplai atau baterai saja tidak cukup untuk mengeluarkan arus listrik darinya. Untuk melakukan itu kita perlu membuat kutub "positif" dan "negatif" di dalam silikon yang memungkinkan elektron dan karena itu arus listrik mengalir keluar dari silikon. Kutub ini diciptakan oleh doping silikon dengan kotoran tertentu.

Dasar Semikonduktor N-type

Agar kristal silikon kita bisa mengalirkan listrik, kita perlu mengenalkan atom pengotor seperti Arsenik, Antimon atau Fosfor ke dalam struktur kristal sehingga membuatnya menjadi ekstrinsik (pengotor ditambahkan). Atom-atom ini memiliki lima elektron terluar di orbital terluar mereka untuk berbagi dengan atom-atom terdekat sisekitarnya dan biasanya disebut kotoran "Pentavalen".

Hal ini memungkinkan empat dari lima elektron orbital untuk terikat dengan atom silikon tetangganya sehingga membiarkan satu "elektron bebas" menjadi bergerak saat voltase listrik dialirkan (aliran elektron). Karena setiap atom pengotor "menyumbangkan" satu elektron, atom pentavalen umumnya dikenal sebagai "donor".

Antimon (simbol Sb) serta Fosfor (simbol P), sering digunakan sebagai aditif pentavalen terhadap silikon. Antimon memiliki 51 elektron yang disusun dalam lima kerang di sekitar nukleusnya dengan orbital terluar yang memiliki lima elektron. Bahan dasar semikonduktor yang dihasilkan memiliki kelebihan elektron pembawa arus, masing-masing dengan muatan negatif, dan oleh karena itu disebut sebagai material tipe-N dengan elektron yang disebut "Majority Carriers" sedangkan hole yang dihasilkan disebut "Minority Carriers".

Ketika dirangsang oleh sumber daya eksternal, elektron yang dibebaskan dari atom silikon oleh stimulasi ini dengan cepat digantikan oleh elektron bebas yang tersedia dari atom Antimon yang didoping. Tapi tindakan ini masih menyisakan elektron tambahan (elektron yang dibebaskan) yang melayang di seputar kristal yang didoping sehingga membuatnya bermuatan negatif. Kemudian bahan semikonduktor digolongkan sebagai tipe-N ketika densitas donornya lebih besar daripada densitas akseptornya, dengan kata lain, ia memiliki lebih banyak elektron daripada Hole.

Dasar Semikonduktor P-Type

Pada semikonduktor type ini akan dikenalkan pengotor "Trivalent" (3-elektron) ke dalam struktur kristal, seperti Aluminium, Boron atau Indium, yang hanya memiliki tiga elektron valensi yang ada di orbital terluarnya. sehingga tidak dapat dilakukan ikatan tertutup. Oleh karena itu,  menjadikan bahan semikonduktor kelimpahan pembawa bermuatan positif yang dikenal sebagai hole pada struktur kristal dimana elektron hilang secara efektif.

Karena sekarang ada hole di kristal silikon, elektron tetangga tertarik padanya dan akan mencoba masuk ke hole untuk mengisinya. Namun, elektron yang mengisi hole itu meninggalkan hole lain di belakangnya saat bergerak. Hal ini pada gilirannya menarik elektron lain yang pada gilirannya menciptakan hole lain di belakangnya, dan sebagainya memberi kesan bahwa hole bergerak sebagai muatan positif melalui struktur kristal (arus arus konvensional).

Gerakan hole ini menyebabkan kekurangan elektron di silikon yang mengubah keseluruhan kristal yang diolah menjadi kutub positif. Karena setiap atom pengotor menghasilkan hole, pengotor trivalen umumnya dikenal sebagai "Akseptor" karena mereka terus-menerus "menerima" elektron ekstra atau bebas.

Boron (simbol B) biasanya digunakan sebagai aditif trivalen karena hanya memiliki lima elektron yang disusun dalam tiga kerang di sekitar nukleusnya dengan orbital terluar yang hanya memiliki tiga elektron. Doping atom Boron menyebabkan konduksi terutama terdiri dari pembawa muatan positif yang menghasilkan material tipe-P dengan hole positif yang disebut "Majority Carriers" sedangkan elektron bebas disebut "Minority Carriers".

Kemudian bahan dasar semikonduktor digolongkan sebagai tipe-P bila densitas akseptornya lebih besar daripada densitas donornya. Oleh karena itu, semikonduktor tipe-P memiliki lebih banyak hole daripada elektron.