Lebar Pita Energi Semikonduktor [PDF]

Citation preview

A. LEBAR PITA ENERGI SEMIKONDUKTOR Keadaan dimana elektron sudah terbebas dari ikatan kovalen disebut keadaan konduksi dengan tingkat energi Ec .Setiap atom penyusun kristal semikonduktor memiliki sejumlah elektron valensi pada kulit terluarnya yang menempati keadaan valensi (gambar B), keadaan elektron valensi ini memiliki tingkat energi yang besarnya Ev.



Keadaan elektron adimana setelah terjadinya pemutusan ikatan



kovalen, elektron valensi pada tingkat energi Ev akan berpindah kekeadaan konduksi dengan tingkat energi Ec. Orbital-orbital elektron dalam kristal semikonduktor terbagi dalam dua kelompok pita energi. Pita yang memiliki energi rendah dinamakan pita valensi sedangkan pita yang memiliki energi tinggi dinamakan pita konduksi. Pita valensi dan pita konduksi dibatasi oleh nilai-nilai energi yang tidak boleh ditempati elektron. Daerah terlarang tersebut dinamakan celah energi. Lebar celah energi didefinisikan sebagai selisih antara energi terendah dalam pita konduksi dengan energi tertinggi dalam pita valensi, atau dapat dituliskan: Eg = Ec – Ev Dimana: Eg = lebar celah pita energi Ec = energi terendah dalam pita konduksi Ev = energi tertinggi dalam pita valensi Aliran muatan listrik dalam bahan semikonduktor terjadi jika ada elektron yang meloncat dari pita valensi ke pita konduksi. Dalam pita valensi, elektron tidak dapat mengalir bebas dalam logam sehingga mudah mengalir ketika diberi medan listrik. Dalam pita valensi, elektron tidak dapat mengalir bebas meskipun diberikan medan listrik yang besar. Pada suhu mendekati nol Kelvin tidak ada elektron yang sanggup meloncat dari pita valensi ke pita konduksi sehingga semikonduktor bersifat isolator.



Gambar 2. Semikonduktor Bersifat Isolator Jika suhu dinaikkan maka ada elektron dari pita valensi yang meloncat ke pita konduksi. Makin tinggi suhu makin banyak elektron yang meloncat ke pita konduksi sehingga konduktivitas semikonduktor makin besar.Ketika elektron meloncat ke pita konduksi maka pita valensi menjadi kekurangan elektron. Lokasi yang ditinggalkan elektron seolah berperilaku sebagai partikel bermuatan positif.



Gambar 3. Partikel Bermuatan Positif Pada temperatur kamar, sejumlah electron terstimulasi dan mampu naik ke pita konduksi dan meninggalkan hole (tempat lowong). Dalam bahan semikonduktor murni, jumlah elektron yang meloncat ke pita konduksi persis sama dengan jumlah hole yang terbentuk di pita valensi. jika ne adalah konsentrasi elektron pada pita konduksi



nh adalah konsentrasi hole pada pita valensi.maka untuk semikonduktor



murni terpenuhi: ne = nh . Populasi elektron pada pita konduksi adalah:



N e=∑ f e (E ) CB



dan jumlah hole pada pita valensi adalah:



N h ∑ {1−f e ( E) }=∑ f h (E ) VB



VB



dengan:



f h ( E )=1−f e ( E )=1−



f h ( E )= e



ε−μ KT



[ ] [ ] e



ε −μ +1 kt



1 ε−μ e +1 KT



[ ]