1.6 PROSES PENGEDOPAN
Di akhir topik ini anda akan dapat :
1) Menerangkan definisi semikonduktor instrinsik dan ekstrinsik.
2) Menerangkan proses pengedopan.
3) Menerangkan bahan jenis N dan bahan jenis P
Keberaliran(conductivity) bahan silikon dan germanium boleh meningkat
dengan penambahan bendasing ke dalam bahan semikonduktor instrinsik.
Proses ini dikenali sebagai pengedopan, yang menyebabkan peningkatan
pembawa arus elektron atau hol. Pengedopan akan menghasilkan bahan
jenis N dan bahan jenis P bergantung kepada bahan dopan.
1.6.1 Semikonduktor Intrinsik
Semikonduktor intrinsik juga dikenali sebagai semikonduktor hakiki / tulen. Ia
adalah semikonduktor tulen dan tidak mengandungi unsur asing atau bahan
asing sedikitpun di dalamnya. Semikonduktor ini tidak mengalirkan arus
elektrik dengan baik dan sifatnya hampir sama dengan penebat.
Semikonduktor intrinsik ini tidak mempunyai sebarang keistimewaan. Contoh
semikonduktor tulen seperti hablur Gemanium(Ge) dan Silikon(Si).
Di dalam semikonduktor, ikatan antara atom dikenali sebagai ikatan kovalen.
Di dalam ikatan kovalen, elektron valens berkongsi dengan atom yang
berdekatan. Rajah 1.8 menunjukkan bagaimana silikon berubah melalui
elektron dalam ikatan kovalen dan perkongsian elektron melalui ikatan
kovalen yang stabil iaitu atom yang mempunyai 4 elektron valen berkongsi
dengan 4 elektron dari 4 atom yang lain. Atom ditengah sentiasa mempunyai
8 elektron valens. Setiap 4 atom yang berdekatan berkongsi satu elektron
untuk menjadi kristal.
Rajah 1.8 : Perubahan Kristal Silikon dengan Ikatan Kovalen
Rajah 1.9 menunjukkan gambaran simbolik kekisi hablur Ge dalam dimensi
dua. Seperti yang ditunjukkan dalam rajah, apabila elektron dibebaskan ikatan
kovalen dianggap putus dan lubang terbentuk. Lubang berkelakuan seperti
zarah yang bercas positif iaitu ia menarik zarah-zarah bercas negatif. Lubang
juga mempunyai sifatekun.
Rajah 1.9 : Gambaran simbolik kekisi hablur Ge dalam dua dimensi
Apabila suhu semikonduktor dinaikkan tinggi daripada 0o K, lebih banyak
tenaga tersedia ada dan sekali-sekali ikatan kovalen diputuskan. Pada suhu
mutlak, valen pada semikonduktor diikat kuat dengan ikatan kovalen. Oleh itu,
tiada arus elektrik. Tetapi, pada suhu bilik (25oC), tenaga haba adalah cukup
untuk menyebabkan banyak elektron dibebaskan daripada ikatan kovalen.
Elektron-elektron ini tersedia untuk menyebabkan aliran arus melalui
semikonduktor itu.
Dalam semikonduktor intrinsik semua elektron dalam jalur pengaliran berasal
daripada jalur valensi iaitu elektron-elektron tersebut telah diuja seberang sela
larangan. Elektron yang bebas dari ikatan kovalen dikenali sebagai elektron
bebas dan sela ini dikenali sebagai hol. Proses ini dinamakan sebagai
penghasilan hol elektron. Kadang-kadang elektron bebas boleh digabungkan
dengan hol. Selepas beberapa mikrosaat, elektron bebas kehilangan tenaga
dan kembali ke ikatan valen.
Elektron bebas dan lubang daripada ikatan kovalen yang putus membentuk
satu pasangan elektron-lubang dan dikenali sebagai penjanaan elektron dan
lubang. Apabila elektron bergerak secara rawak dalam semikonduktor, ada
kemungkinan ia akan bertemu dengan lubang. Apabila ini berlaku, ikatan
kovalen akan dibentuk semula. Dengan cara ini, elektron dan lubang dengan
serentak akan berhenti daripada menjadi pembawa-pembawa cas. Proses ini
dikenali sebagi gabungan semula.
Lebih tinggi suhu hablur, lebih besar kadar penjanaan. Apabila kadar
penjanaan dinaikkan, ketumpatan elektron dan lubang juga akan naik. Pada
masa yang sama, kadar pengabungan semula adalah tinggi. Ketumpatan
elektron dan lubang dalam semikonduktor intrinsik naik ke suatu aras
sehingga kadar gabungan semula lubang dan elektron sama dengan kadar
penjanaan mereka. Penjanaan dan gabungan semula pasangan elektronelektron
mengambarkan satu keadaan yang kekal dalam hablur dan keduadua
proses ini adalah dalam keseimbangan.
Oleh itu, pembawa-pembawa cas mempunyai masa hayat yang terhad iaitu
daripada waktu mereka dijanakan sehingga mereka digabung semula. Masa
hayat mereka adalah kuantiti statistik yang boleh berubah. Masa hayat purata
secara khususnya dalam julat kurang daripada 1 mikrosaat hingga lebih satu
milisaat mengikut keadaan.
Dalam masa hayatnya, pembawa cas bergerak dalam jarak-jarak yang
tertentu. Jalan yang dilalui oleh pembawa cas ini adalah tidak teratur kerana
ia dihalang atau diganggu oleh perlanggaran yang sering berlaku. Oleh itu,
kita hanya boleh bercakap tentang jarak purata satu elektron atau lubang
semasa ia bergerak dalam masa hayatnya. Jarak ini disebut jarak resapan.
No comments:
Post a Comment