9.1 Pendahuluan


Sering sekali membahas tentang semikonduktor homogen. Meskipun sedikit alat yang dapat dibuat dari semikonduktor homogen. Alat-alat banyak menggunakan semikonduktor non-homogen. Kebanyakan dari alat-alat tersebut menggunakan sambungan p-n, dimana daerah yang dikotori tipe-p dan daerah yang dikotori tipe-n. Biasanya sambungan p-n dibuat untuk dioda.

 

Catatan:

semikonduktor homogen adalah semikonduktor yang seluruhnya terbuat dari bahan yang sama dan doping yang seragam. Sedangkan semikonduktor tidak homogen adalah semikonduktor yang dopingnya bervariasi baik posisi atau komposisi

9.1.1. Sambungan p-n

Model sambungan ideal p-n juga disebut model abrupt junction atau step junction. Ini adalah model ideal dengan asumsi bahwa materi penyusunan adalah tipe p yang serbasama dengan total kosentrasi aseptor  NA pada satu sisi sambungan (seperti x<0) dan materi penyusun adalah tipe n yang serbasama dengan total kosentrasi donor  ND pada sisi yang lain (seperti x>0). Kita akan membatasi analisis kita pada kasus satu dimensi.

gambar-9-1

Gambar 9.1 Model sambungan p-n pada satu dimensi

Pada daerah yang dikotori dengan tipe p jauh dari daerah sambungan, kosentrasi lubang dan elektron yang seimbang disumbangkan pp dan np.  Pada daerah yang dikotori tipe n jauh dari daerah sambungan, lubang dan kosentrasi elektron disumbangkan pn dan nn.

Pers. 9.1

dimana ni adalah kosentrasi pembawa intrinsik dalam materi semikonduktor yang dipertimbangkan. Diasumsikan bahwa pengkotor diionisasi yang mengarah ke konsentrasi pembawa berikut untuk daerah tipe p dan n.

dan

Pers. 9.2

Nilai dalam kurung tersebut menunjukkan nilai kosentrasi masing-masing tipe

 9.2.2. Pendekatan Penipisan (Depletion)

Ketika tipe p bertemu dengan tipe n, maka muatannya tidak akan  netral. Hal tersebut karena kosentrasi lubang x<0 lebih  tinggi dari pada sisi yang lain (lihat gambar 9.2).

gambar-9-2

Gambar 9.2. Arah difusi dari arah arus lubang dan arus elektron

Distribusi yang semacam ini tidak bertahan selamanya. Memang, muatan positif dan negatif yang nampak pada x>0 dan x<0, sebuah medan listrik yang besar E(x) yang disebut medan listrik built in akan menghasilkan dan ditunjukkan Gambar 9.3.

gambar-9-3

Gambar 9.3.  Arah difusi dari arah arus lubang dan arus elektron setelah dilewatkan medan listrik

Dengan membandingkan Gambar 9.2 dan 9.3 maka akan didapat pada keadaan setimbang dicapai arus difusi dan arus driff sebagai beriktu

Pers. 9.3

Ada daerah transisi sekitar sambungan p-n dengan lebar W0 dimana muatan listrik berada sekarang. Daerah tersebut disebut daerah jarak muatan atau daerah space charge (lihat Gambar 9.4)

gambar-9-4

Gambar 9.4. (a) Daerah jarak muatan dan (b) rapat muatan listrik pada sambungan p-n

Kita tinjau kosentrasi yang tidak serbasama, muatan negatif pada daerah-xp0 <x<0 sama dengan Q (x) = -qNA (dimana NA adalah kosentrasi total aseptor dalam daerah tipe p), dan muatan positif pada daerah 0<x<xn0 sama dengan Q(x) = +qND (dimana ND adalah kosentrasi total donor dalam daerah tipe n). Lebar dari daerah jarah muatan disebut sebagai lebar tipis (lebar depletion) yang ditunjukkan dengan persamaan:

Pers. 9.4

di luar daerah jarak muatan, kita asumsikan bahwa semikonduktor netral tanpa ada pengurangan muatan, daerah tersebut disebut daerah bagian besar tipe p dan bagian besar tipe n dan ditunjukkan pada persamaan berikut;

Pers. 9.5

Kosentrasi pembawa harus mengalir dari kosentrasi yang lebih tinggi ke yang rendah dan kejadian ini daerah jarak muatan sebagaimana diilustrasikan pada Gambar 9.5

gambar-9-5

Gambar 9.5. (a) Kosentrasi lubang, (b) Kosentrasi elektron

Model ini disebut dengan pendekatan penipisan. Dalam model ini terdapat lubang bebas dan elektron bebas dalam daerah jarak muatan: pengurangan pembawa ini sangant komplit. Medan listrik ada hanya di daerah jarak muatan. Karean seluruh sturuktur p-n secara global harus tetap netral, dan oleh karena darah jarak muatan harus netras seperti semuanya. Kita harus menyamakan total jumlah muatan negatif di satu sisi dan jumlah muatan positif pada sisi yang lain.

Pers. 9.6

dimana A adalah luas penampang melintang sambungan dan disederhanakan menjadi

Pers. 9.6

Dengan menggabungkan Pers. 9.4 dan 9.6, kita dapat ekspresikan xp0 dan xn0 sebagai fungsi pengurangan lebar W0.

Pers. 9.7

 

Selanjutnya>>