Pengaruh Doping pada Semikonduktor Tipe P dan N

Artikel menjelaskan tentang berbagai Pengaruh Doping pada Semikonduktor Tipe P dan N

Silikon murni atau Germanium jarang digunakan sebagai semikonduktor. Semikonduktor praktis yang bisa digunakan harus memiliki kuantitas pengotor yang terkontaminasi yang ditambahkan padanya. 

Penambahan ketidakmurnian akan mengubah kemampuan konduktor dan ia bertindak sebagai semikonduktor. Proses menambahkan kotoran ke bahan intrinsik atau murni disebut doping dan pengotornya disebut dopan. Setelah doping, material intrinsik menjadi bahan ekstrinsik. Praktis hanya setelah doping bahan ini menjadi bermanfaat.

Bila pengotor ditambahkan ke silikon atau germanium tanpa memodifikasi struktur kristal, bahan tipe-N dihasilkan. Pada beberapa atom, elektron memiliki lima elektron di pita valensinya seperti arsenik (As) dan antimon (Sb). Doping silikon dengan baik ketidakmurnian tidak harus mengubah struktur kristal atau proses ikatan. 

Elektron ekstra dari atom pengotor tidak mengambil bagian dalam ikatan kovalen. Elektron ini secara longgar dipegang bersama oleh atom pencetusnya. Gambar berikut menunjukkan perubahan kristal silikon dengan penambahan atom pengotor.

Pengaruh Doping pada Bahan Tipe-N

Efek doping pada material tipe-N adalah sebagai berikut :

1. Selain Arsenik untuk silikon murni, kristal menjadi bahan tipe-N.
2. Atom arsenik memiliki elektron tambahan atau muatan negatif yang tidak berperan dalam proses ikatan kovalen.
3. Pengotor ini menyerah atau menyumbang, satu elektron ke kristal dan mereka disebut sebagai kotoran penyumbang.
4. Bahan tipe-N memiliki elektron bebas atau bebas daripada bahan intrinsik.
5. Bahan tipe-N tidak bermuatan negatif. Sebenarnya semua atomnya semua netral secara elektrik.
6. Elektron ekstra ini tidak ikut ambil bagian dalam proses ikatan kovalen. Mereka bebas bergerak melalui struktur kristal.
7. Kristal silikon ekstrinsik tipe-N akan masuk konduksi dengan hanya 0,005eV energi yang diaplikasikan.
8. Hanya 0.7eV yang diperlukan untuk memindahkan elektron kristal intrinsik dari pita valensi ke pita konduksi.

Biasanya, elektron dianggap sebagai pembawa arus utama dalam jenis kristal dan lubang ini adalah pembawa arus minoritas. Jumlah bahan donor yang ditambahkan ke Silicon menemukan jumlah pembawa arus mayoritas dalam strukturnya.

Jumlah elektron dalam silikon tipe-N berkali-kali lebih besar daripada pasangan elektron-elektron silikon intrinsik. Pada suhu kamar, ada perbedaan tegas dalam konduktivitas listrik material ini. Ada arus pembawa melimpah untuk mengambil bagian dalam arus. Aliran arus sebagian besar dicapai oleh elektron dalam jenis material ini. Oleh karena itu, bahan ekstrinsik menjadi konduktor listrik yang baik.

Pengaruh Doping pada Material tipe-P

Efek doping pada material tipe-P adalah sebagai berikut :

1. Bila Indium (In) atau Gallium (Ga) ditambahkan ke silikon murni, material tipe-P terbentuk.
2. Jenis bahan dopan ini memiliki tiga elektron valensi. Mereka dengan bersemangat mencari elektron keempat.
3. Pada material tipe P, masing-masing lubang bisa diisi dengan elektron. Untuk mengisi area lubang ini, sangat sedikit energi yang dibutuhkan oleh elektron dari kelompok ikatan kovalen tetangga.
4. Silikon biasanya didoping dengan bahan doping dalam kisaran 1 sampai 106. Ini berarti bahan P akan memiliki lubang lebih banyak daripada pasangan elektron-lubang silikon murni.
5. Pada suhu kamar, ada perbedaan karakteristik yang sangat ditentukan dalam konduktivitas listrik material ini.
6. Gambar berikut menunjukkan bagaimana struktur kristal Silikon diubah saat didoping dengan elemen akseptor - dalam hal ini, Indium. Sepotong bahan P tidak bermuatan positif. Atom-atomnya terutama bersifat elektrik netral.
7. Namun ada lubang dalam struktur kovalen banyak kelompok atom. Ketika sebuah elektron bergerak masuk dan mengisi lubang, lubang menjadi tidak berlaku lagi. Lubang baru dibuat pada kelompok berikat dimana elektron tertinggal. Gerakan lubang yang berlaku adalah hasil pergerakan elektron. Bahan tipe P akan masuk konduksi dengan hanya 0,05 eV energi yang digunakan.

Gambar 2.  Pengaruh Doping pada Material tipe-P

Gambar di atas menunjukkan bagaimana kristal tipe-P akan bereaksi saat dihubungkan ke sumber tegangan. Perhatikan bahwa ada lebih banyak lubang daripada elektron. Dengan voltase yang diaplikasikan, elektron tertarik ke terminal baterai positif.

Lubang bergerak, dalam arti tertentu, menuju terminal baterai negatif. Sebuah elektron diangkat pada titik ini. Elektron langsung mengisi lubang. Lubang itu kemudian menjadi batal. Pada saat yang sama, sebuah elektron ditarik dari material oleh terminal baterai positif. Lubang karenanya bergerak menuju terminal negatif karena elektron bergeser di antara kelompok berikat yang berbeda. Dengan energi yang diterapkan, aliran lubang terus menerus.