Material semikonduktor
Download as PPTX, PDF5 likes4,226 views
Dokumen ini menjelaskan tentang material semikonduktor, termasuk karakteristik semikonduktor intrinsik dan ekstrinsik, serta peran elektron dan hole sebagai pembawa muatan. Selain itu, menjelaskan perangkat semikonduktor seperti dioda, transistor, dan LED, serta prinsip dasar di balik fungsi mereka, seperti biasing dan konduktivitas. Contoh soal juga disertakan untuk memperjelas konsep-konsep yang dibahas.
Material semikonduktor
- 3. Semikonduktor Intrinsik Silikon (Si), Germanium (Ge) • 4 elektron valensi • Ikatan kovalen
- 4. Elektron dan Hole • Elektron pembawa muatan (-) • Hole pembawa muatan (+)
- 5. Mobilitas Muatan Dua pembawa muatan: elektron (n) & hole (p)
- 8. Foto Konduksi • Foton sinar merah E = 1.9 eV • Silikon Eg = 1.1 eV 1.9 eV 1.1 eV
- 9. SEMIKONDUKTOR EKSTRINSIK • Penambahan pengotor (ketidakmurnian) sehingga terdapat elektron dan hole tambahan
- 10. Tipe - n antimony, phosphorus, arsenic • 5 elektron valensi • Pembawa muatan negatif (n)
- 11. • elektron “ke-lima” dari atom fospor menjadi elektron bebas yang bisa berpindah tempat • elektron bebas bisa menghantar arus • pembawa muatannya adalah elektron
- 13. Konduktivitas tipe - n nn = konsentrasi elektron bebas pn = konsentrasi hole ND = konsentrasi atom donor n2 2 = tetapan yg tidak bergantung pada donor dan akseptor
- 14. Tipe - p aluminium, boron,galium atau indium • 3 elektron valensi • Pembawa muatan positif (p)
- 15. • elektron dari atom silikon pindah ke atom boron • Atom silikon terjadi “hole” yang kemudian menarik elektron dari atom silikon lain di dekatnya • Proses berlanjut dimana pergerakan “hole” menghasilkan arus
- 17. Konduktivitas tipe - p np = konsentrasi elektron bebas pp = konsentrasi hole NA = konsentrasi atom akseptor n2 2 = tetapan yg tidak bergantung pada donor dan akseptor
- 18. Contoh Soal 1: Konsentrasi atom Germanium (Ge) adalah 4.41 x 1022 atom/cm3. Jika tiap 108 atom Ge dikotori 1 atom donor dan μn = 3800 cm2/V.s, tentukan konduktivitas semikonduktor tersebut?
- 19. Penggabungan Kembali • Foto Konduksi : Energi (foton) e + h • Penggabungan kembali: e + h Energi (foton) Perpendaran cahaya
- 20. PERANGKAT SEMIKONDUKTOR • Penghantar • Junction (dioda) • Transistor
- 21. Diodes • N region has lots of free electrons • P region has lots of holes • At equilibrium: total number positive and negative charges is the same (@ room temp) • At the pn junction the electrons and holes with different charges form an electric field • In order to move electrons through the electric field (generate current) we need some force (voltage) – This potential difference is called barrier voltage – When enough voltage is applied such that electrons are moved then we are biasing the diode – Two layers of positive and negative charges for depletion region – the region near the pn-junction is depleted of charge carriers)
- 23. Biasing Types of a Diode (Forward) Cathode n region Anode p region A K Moving electrons Small dynamic resistance VBias np Conventional Current Flow Conventional Current Flow I (Forward)
- 24. Very Small Moving Electrons: Reverse Current) Biasing Types of a Diode (Reverse) Cathode n region Anode p region A K Large resistance VBias np Conventional Current Flow Holes are left behind; large depletion region Instant pull of electrons
- 25. I-V characteristics of Ideal diode
- 26. I-V Characteristics of Practical Diode
- 27. I-V Characteristics of Practical Diode
- 28. I-V Characteristics of Practical Diode
- 29. Shockley Equation 1exp T D sD nV v Ii q kT VT Is is the saturation current ~10 -14 Vd is the diode voltage n – emission coefficient (varies from 1 - 2 ) k = 1.38 × 10–23 J/K is Boltzmann’s constant q = 1.60 × 10–19 C is the electrical charge of an electron. At a temperature of 300 K, we have mV26TV
- 30. Jenis Perangkat Junction p-n • Diode • LED • Zener • Varactor • Varistor
- 31. LED • e + h foton
- 32. Transistor • Field Efect Transistor (FET) • Bipolar Junction Transistor (BJT) • Junction FET • Metal Oxide Semiconductor FET • Thyristor / Silicon Controlled Rectifier (SCR) • Gate Turn Off Thyristor (GTO) • Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT)
- 33. BJT Tidak ada arus mengalir IB << IC >> Gain β = IC / IB
- 34. Transistor
- 35. FET • Tegangan diaplikasikan ke gate (input) untuk mengatur resistansi chanel (daerah unipolar antara gate) • Souce dan Drain Emiter dan Collector Gate Base • VGS >> , Depletion Region (kekurangan muatan) >>, lebar chanel <<, R >>,
- 36. MOSFET Dapat melewatkan arus yang lebih besar
- 37. Thyristor • Bipolar Conducting Semiconduktor dengan empat lapisan N-P-N-P atau lebih
- 38. Contoh Soal 2 Suatu transistor mempunyai arus kolektor 4.7 mA jika tegangan emiter 17 mV. Sedangkan pada tegangan emiter 28 mV besar arus kolektor adalah 27.5 mA. Jika transistor tersebut diberikan tegangan emiter sebesar 39 mV, berapakah arus kolektornya?
Editor's Notes
- #4: Energi yang diperlukanuntukmemutussebuahikatankovalenadalahsebesar 1,1 eVuntuksilikondan 0,7 eVuntuk germanium. Padatemperaturruang (300K), sejumlahelektronmempunyaienergi yang cukupbesaruntukmelepaskandiridariikatan dan tereksitasi dari pita valensi ke pita konduksi menjadi elektron bebas
- #5: Besaryaenergi yang diperlukanuntukmelepaskanelektrondari pita valensikepita konduksiinidisebutenergiterlarang (energy gap). Jikasebuahikatankovalenterputus, makaakanterjadikekosonganataulubang (hole). Padadaerahdimanaterjadikekosonganakanterdapatkelebihanmuatanpositif, dandaerah yang ditempatielektronbebasmempunyaikelebihanmuatannegatif. Keduamuataninilah yang memberikankontribusiadanyaaliranlistrikpadasemikonduktormurni. Jikaelektronvalensidariikatankovalen yang lain mengisilubangtersebut, makaakanterjadilubangbaru ditempat yang lain danseolah-olahsebuahmuatanpositifbergerakdarilubang yang lamakelubangbaru.
- #7: Jumlahpembawamuatan (n) bertambahdenganjumlahmuatan (elektron) yang melompatiselaPada 0oKtidakadaelektron yang dapatmelompatiselaDengannaiknyatemperatur: elektronbertambah
- #36: MemperkuatsinyalFET : transistor efekmedan: memanfaatkandaerah yang kekuranganpembawamuatanuntukmemperkuatkeluaran.Denganberubahnyasinyal, daerah yang kekuranganpembawamuatanberubah, dengandemikianmerubahresistivitasantarasumberdanpenerima.Sebaliknyaarus yang mengalirkeluarberubahsecaraterkendali.Sinyal yang lemahdapatmenyebabkanfluktuasiarus yang berarti.