Apakah Semikonduktor Intrinsik dan Semikonduktor Ekstrinsik - Jalur Tenaga & Doping?

Semikonduktor, seperti namanya adalah sejenis bahan yang menunjukkan sifat konduktor dan penebat. Bahan semikonduktor memerlukan tahap voltan atau haba tertentu untuk melepaskan pembawa untuk konduksi. Semikonduktor ini dikelaskan sebagai 'intrinsik' dan 'ekstrinsik' berdasarkan jumlah pembawa. Pembawa intrinsik adalah bentuk semikonduktor paling murni dan bilangan elektron yang sama (pembawa cas negatif) dan lubang (pembawa cas positif). Bahan semikonduktor yang paling banyak digunakan adalah Silicon (Si), Germanium (Ge), dan Gallium Arsenide (GaAs). Mari kita kaji ciri-ciri dan tingkah laku jenis semikonduktor ini. Apa itu Semikonduktor Intrinsik? Semikonduktor Intrinsik boleh didefinisikan sebagai bahan tulen secara kimia tanpa sebarang doping atau pengotor ditambahkan kepadanya. Semikonduktor intrinsik atau tulen yang paling biasa didapati ialah Silicon (Si) dan Germanium (Ge). Tingkah laku semikonduktor semasa menerapkan voltan tertentu bergantung pada struktur atomnya. Cangkang paling luar kedua Silikon dan Germanium masing-masing mempunyai empat elektron. Untuk saling menstabilkan atom berdekatan membentuk ikatan kovalen berdasarkan perkongsian elektron valens. Ikatan ini dalam struktur kisi kristal Silicon digambarkan pada rajah 1. Di sini dapat dilihat bahawa elektron valensi dua atom Si berpasangan untuk membentuk Ikatan Kovalen. Rajah 1. Ikatan kovalen atom Silikon Pada semua ikatan kovalen stabil dan tidak ada pembawa yang tersedia untuk pengaliran. Di sini semikonduktor intrinsik berperanan sebagai penebat atau bukan konduktor. Sekarang jika suhu persekitaran hampir dengan suhu bilik ikatan kovalen mula pecah. Oleh itu, elektron dari shell valensi dilepaskan untuk mengambil bahagian dalam pengaliran. Oleh kerana semakin banyak pembawa dilepaskan untuk konduksi, semikonduktor mula bertindak sebagai bahan pengalir. Gambarajah pita tenaga yang diberikan di bawah menerangkan peralihan pembawa ini dari pita valensi ke pita pengaliran. Gambarajah pita tenaga Energi pita rajah yang ditunjukkan dalam rajah 2 (a) menggambarkan dua peringkat, Pita Pengaliran dan Pita Valensi. Ruang antara dua jalur disebut jurang terlarang Gambar 2 (a). Gambarajah jalur tenaga Rajah Gambar 2 (b). Elektron pita konduksi dan Valensi dalam semikonduktor Apabila bahan semikonduktor mengalami haba atau voltan terpakai beberapa ikatan kovalen pecah, yang menghasilkan elektron bebas seperti yang ditunjukkan pada rajah 2 (b). Elektron bebas ini bersemangat dan mendapat tenaga untuk mengatasi jurang terlarang dan memasuki jalur konduksi dari jalur valensi. Oleh kerana elektron meninggalkan pita valensi, ia meninggalkan lubang di pita valensi. Dalam semikonduktor intrinsik selalunya bilangan elektron dan lubang yang sama akan dibuat dan oleh itu ia menunjukkan neutralitas elektrik. Kedua-dua elektron dan lubang bertanggungjawab untuk pengaliran arus dalam semikonduktor intrinsik. Apa itu Semikonduktor Ekstrinsik? Semikonduktor ekstrinsik ditakrifkan sebagai bahan dengan pengotor tambahan atau semikonduktor doped. Doping adalah proses sengaja menambahkan kekotoran untuk meningkatkan jumlah pembawa. Elemen pengotor yang digunakan disebut sebagai dopan. Oleh kerana bilangan elektron dan lubang lebih besar pada konduktor ekstrinsik, ia menunjukkan kekonduksian yang lebih besar daripada semikonduktor intrinsik. Berdasarkan dopan yang digunakan semikonduktor ekstrinsik selanjutnya dikelaskan sebagai 'semikonduktor jenis-N' dan 'semikonduktor jenis-P'. Semikonduktor jenis-N: Semikonduktor jenis-N didoping dengan kekotoran pentavalen. Unsur-unsur pentavalen disebut sedemikian kerana mereka mempunyai 5 elektron di cangkang valensinya. Contoh kekotoran pentavalen adalah Fosfor (P), Arsenik (As), Antimoni (Sb). Seperti yang digambarkan dalam gambar 3, atom dopan menjalin ikatan kovalen dengan berkongsi empat elektron valensinya dengan empat atom silikon yang berdekatan. Elektron kelima tetap terikat pada inti atom dopan. Tenaga pengionan yang sangat sedikit diperlukan untuk membebaskan elektron kelima sehingga ia meninggalkan jalur valensi dan memasuki jalur konduksi. Kekotoran pentavalen memberikan satu elektron tambahan ke struktur kisi dan oleh itu ia disebut sebagai pengotor Donor.Rajah 3. Semikonduktor jenis-N dengan pengotor penderma Semikonduktor jenis-P: Semikonduktor jenis-P didopingkan dengan semikonduktor trivalen. Kekotoran trivalen mempunyai 3 elektron di cengkerang valensinya. Contoh kekotoran trivalen termasuk Boron (B), Gallium (G), Indium (In), Aluminium (Al). Seperti yang digambarkan dalam gambar 4, atom dopan menjalin ikatan kovalen dengan hanya tiga atom silikon yang berdekatan dan lubang atau kekosongan dihasilkan dalam ikatan dengan atom silikon keempat. Lubang bertindak sebagai pembawa positif atau ruang untuk elektron menduduki. Oleh itu, pengotor trivalen telah menimbulkan kekosongan positif atau lubang yang dapat dengan mudah menerima elektron dan oleh itu ia disebut kekotoran Penerima.  Rajah 4. Semikonduktor jenis-P dengan kekotoran akseptorPusat Pembawa dalam Semikonduktor IntrinsikKepekatan pembawa intrinsik didefinisikan sebagai bilangan elektron per unit isipadu dalam jalur konduksi atau bilangan lubang per unit isipadu dalam pita valensi. Oleh kerana voltan yang dikenakan, elektron meninggalkan pita valensi dan membuat lubang positif di tempatnya. Elektron ini seterusnya memasuki jalur konduksi dan mengambil bahagian dalam pengaliran arus. Dalam semikonduktor intrinsik, elektron yang dihasilkan dalam jalur konduksi sama dengan bilangan lubang pada jalur valensi. Oleh itu kepekatan elektron (n) sama dengan kepekatan lubang (p) dalam semikonduktor intrinsik. Kepekatan pembawa intrinsik boleh diberikan sebagai: n_i = n = p Di mana, n_i: kepekatan pembawa intrinsik n: kepekatan pembawa elektron p: lubang -kepekatan pembawaKonduktiviti Semikonduktor IntrinsikSeperti semikonduktor intrinsik dikenakan voltan haba atau terpakai, elektron bergerak dari pita valensi ke jalur konduksi dan meninggalkan lubang positif atau kekosongan dalam jalur valensi. Sekali lagi lubang-lubang ini diisi oleh elektron lain kerana ikatan kovalen lebih banyak pecah. Oleh itu elektron dan lubang bergerak ke arah yang bertentangan dan semikonduktor intrinsik mula bergerak. Kekonduksian meningkat apabila sebilangan ikatan kovalen diputuskan sehingga lebih banyak elektron yang dilepaskan untuk pengaliran. Kekonduksian semikonduktor intrinsik dinyatakan dalam hal mobiliti dan kepekatan pembawa cas. Ungkapan untuk kekonduksian semikonduktor intrinsik diberikan dinyatakan sebagai: σ_i = n_i e (μ_e + μ_h) Di mana σ_i: kekonduksian intrinsik semikonduktor n_i: kepekatan pembawa intrinsik μ_e: mobiliti elektron μ_h: mobiliti lubangSila rujuk pautan ini untuk mengetahui lebih lanjut mengenai Semikonduktor Teori MCQ

Tinggalkan pesanan 

Senarai mesej