Bahan Semikonduktor (Tipe-N dan Tipe-P)

Bahan Semikonduktor memiliki dua macam yaitu tipe-n dan tipe-p, perbedaan dari semikonduktor tipe-n dan tipe-p adalah

Semikonduktor type n 

 Apabila bahan semikonduktor intrinsik (murni) diberi (didoping) dengan bahan bervalensi lain maka  diperoleh semikonduktor ekstrinsik.  Pada bahan semikonduktor intrinsik, jumlah elektron bebas dan holenya adalah sama.  Konduktivitas semikonduktor intrinsik sangat rendah, karena terbatasnya jumlah pembawa muatan yakni hole maupun elektron bebas tersebut.   

Jika bahan silikon didoping dengan bahan ketidak murnian (impuritas) bervalensi lima (penta-valens), maka diperoleh semikonduktor tipe n.  Bahan dopan yang bervalensi lima ini misalnya antimoni, arsenik, dan pospor.  Struktur kisi-kisi kristal bahan silikon type n dapat dilihat pada gambar 1  

Karena atom antimoni (Sb) bervalensi lima, maka empat elektron valensi mendapatkan pasangan ikatan kovalen dengan atom silikon 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 dopan 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.

gambar 1 Struktur kristal semikonduktor (silikon) tipe-n

 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 dapat digambarkan seperti pada gambar 2 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 elektron bebas.

gambar 2 Diagram pita energi semikonduktor tipe-n

  Bahan semikonduktor type n dapat dilukiskan seperti pada gambar 3  Karena atom-atom donor telah ditinggalkan oleh elektron valensinya (yakni menjadi elektron bebas), maka menjadi ion yang bermuatan positip.  Sehingga digambarkan dengan tanda positip.  Sedangkan elektron bebasnya menjadi pembawa mayoritas.  Dan pembawa minoritasnya berupa hole. 

gambar 3 Bahan semikonduktor tipe-n

Semikonduktor type P 

 Apabila bahan semikonduktor murni (intrinsik) didoping dengan bahan impuritas (ke-tidak-murnian) bervalensi tiga, maka akan diperoleh semikonduktor type p.  Bahan dopan yang bervalensi tiga tersebut misalnya boron, galium, dan indium.  Struktur kisi-kisi kristal semikonduktor (silikon) type p adalah seperti gambar 4.  Karena atom dopan mempunyai tiga elektron valensi, dalam gambar 1.8 adalah atom Boron (B) , maka hanya tiga ikatan kovalen yang bisa dipenuhi.  Sedangkan tempat yang seharusnya membentuk ikatan kovalen keempat menjadi kosong (membentuk hole) dan bisa ditempati oleh elektron valensi lain.  Dengan demikian sebuah atom bervalensi tiga akan menyumbangkan sebuah hole.Atom bervalensi tiga (trivalent) disebut juga atom akseptor, karena atom ini siap untuk menerima elektron.

Seperti halnya pada semikonduktor type n, secara keseluruhan kristal semikonduktor type n ini adalah netral.  Karena jumlah hole dan elektronnya sama.  Pada bahan type p, hole merupakan pembawa muatan mayoritas.  Karena dengan penambahan atom dopan akan meningkatkan jumlah hole sebagai pembawa muatan. Sedangkan pembawa minoritasnya adalah elektron.

gambar 4 Struktur kristal semikonduktor tipe-p

gambar 5 Diagram pita Energi semikonduktor tipe-p

   Level energi dari hole akseptor dapat dilihat pada gambar 5.  Jarak antara level energi akseptor dengan pita valensi sangat kecil yaitu sekitar 0.01 eV untuk germanium dan 0.05 eV untuk silikon.  Dengan demikian hanya dibutuhkan energi yang sangat kecil bagi elektron valensi untuk menempati hole di level energi akseptor.  Oleh karena itu pada suhur ruang banyak sekali jumlah hole di pita valensi yang merupakan pembawa muatan. 

Bahan semikonduktor type p dapat dilukiskan seperti pada gambar 6  Karena atom-atom akseptor telah menerima elektron, maka menjadi ion yang bermuatan negatip.  Sehingga digambarkan dengan tanda negatip. Pembawa mayoritas berupa hole dan pembawa minoritasnya berupa elektron.

gambar 6 Bahan Semikonduktor tipe-p

 Sumber Pustaka

Boylestad and Nashelsky. (1992). Electronic Devices and Circuit Theory, 5th ed. Engelwood
         Cliffs, NJ: Prentice-Hall, Inc.

Floyd, T. (1991). Electric Circuits Fundamentals. New York: Merrill Publishing Co.

Malvino, A.P. (1993). Electronic Principles 5th Edition. Singapore: McGraw-Hill, Inc.

Milman & Halkias. (1972). Integrated Electronics: Analog and Digital Circuits and Systems.
        Tokyo: McGraw-Hill, Inc.

Savant, Roden, and Carpenter. (1987). Electronic Circuit Design: An Engineering Approach.
        Menlo Park, CA: The Benjamin/Cummings Publishing Company, Inc.

Stephen, F. (1990). Integrated devices: discrete and integrated. Englewood Cliffs, NJ: Pren-
        tice-Hall, Inc.