Contoh bahan semikonduktor adalah germanium, silikon, dan gallium
Pengertian Semikonduktor
Perangkat tersebut telah menemukan aplikasi luas karena kekompakan mereka, keandalan, efisiensi daya, dan biaya rendah. Sebagai komponen diskrit, mereka telah banyak digunakan dalam perangkat listrik, sensor optik, dan emitter cahaya, termasuk laser solid-state. Mereka memiliki berbagai kemampuan penanganan arus dan tegangan dan, yang lebih penting, meminjamkan diri untuk berintegrasi ke dalam sirkuit mikroelektronik kompleks tetapi mudah dibuat.
Bahan semikonduktor
Bahan solid-state umumnya dikelompokkan menjadi tiga kelas: isolator, semikonduktor, dan konduktor. (Pada suhu rendah beberapa konduktor, semikonduktor, dan isolator dapat menjadi superkonduktor.) Gambar tersebut menunjukkan konduktivitas σ (dan resistivitas yang sesuai ρ = 1 / σ) yang dikaitkan dengan beberapa bahan penting di masing-masing dari tiga kelas,
Insulator, seperti kuarsa dan kaca leburan, memiliki konduktivitas yang sangat rendah, pada urutan 10-18 hingga 10-10 siemens per sentimeter; dan konduktor, seperti aluminium, memiliki konduktivitas tinggi, biasanya dari 104 hingga 106 siemens per sentimeter. Konduktivitas semikonduktor berada di antara ekstrem ini dan umumnya peka terhadap suhu, iluminasi, medan magnet, dan jumlah atom pengotor yang kecil. Sebagai contoh, penambahan sekitar 10 atom boron (dikenal sebagai dopan) per juta atom silikon dapat meningkatkan konduktivitas listriknya seribu kali lipat (sebagian bertanggung jawab atas variabilitas luas yang ditunjukkan pada gambar sebelumnya).
Studi tentang bahan semikonduktor dimulai pada awal abad ke-19. Semikonduktor unsur adalah yang terdiri dari spesies atom tunggal, seperti silikon (Si), germanium (Ge), dan timah (Sn) di kolom IV dan selenium (Se) dan telurium (Te) di kolom VI dari tabel periodik. Namun, ada banyak semikonduktor majemuk, yang terdiri dari dua unsur atau lebih.
Gallium arsenida (GaAs), misalnya, adalah senyawa biner III-V, yang merupakan kombinasi dari gallium (Ga) dari golongan III dan arsenik (As) dari golongan V. Senyawa ternary dapat dibentuk oleh unsur-unsur dari tiga kolom yang berbeda— misalnya, merkuri indium tellurida (HgIn2Te4), senyawa II-III-VI. Mereka juga dapat dibentuk oleh unsur-unsur dari dua golongan, seperti aluminium gallium arsenida (AlxGa1 – xAs), yang merupakan senyawa terner III-V, di mana kedua Al dan Ga berasal dari golongan III dan subskrip x terkait dengan komposisi dua unsur dari 100 persen Al (x = 1) hingga 100 persen Ga (x = 0). Silikon murni adalah bahan yang paling penting untuk aplikasi rangkaian terintegrasi, dan senyawa biner dan terner III-V paling signifikan untuk emisi cahaya.
Sifat elektronik
Bahan semikonduktor yang dijelaskan di sini adalah kristal tunggal; yaitu, atom-atom disusun secara periodik tiga dimensi. Bagian A dari gambar menunjukkan representasi dua dimensi yang disederhanakan dari kristal silikon intrinsik (murni) yang mengandung pengotor yang dapat diabaikan. Setiap atom silikon dalam kristal dikelilingi oleh empat tetangga terdekatnya. Setiap atom memiliki empat elektron di orbit luarnya dan berbagi elektron ini dengan empat tetangganya.
Setiap pasangan elektron bersama membentuk ikatan kovaklen ,Gaya antara elektron dan kedua inti menyatukan kedua atom. Untuk atom terisolasi (mis., Dalam gas daripada kristal), elektron hanya dapat memiliki tingkat energi diskrit. Namun, ketika sejumlah besar atom disatukan untuk membentuk kristal, interaksi antara atom menyebabkan tingkat energi diskrit menyebar ke pita energi.
Ketika tidak ada getaran termal (mis., Pada suhu rendah), elektron dalam isolator atau kristal semikonduktor akan sepenuhnya mengisi sejumlah pita energi, meninggalkan sisa pita energi kosong. Pita terisi tertinggi disebut pita valensi. Pita berikutnya adalah pita konduksi, yang dipisahkan dari pita valensi oleh celah energi (gap yang jauh lebih besar pada isolator kristal daripada pada semikonduktor). Gap energi ini, juga disebut celah pita, adalah daerah yang menunjuk energi yang tidak dimiliki elektron dalam kristal. Sebagian besar semikonduktor penting memiliki celah pita di kisaran 0,25 hingga 2,5 elektron volt (eV). Celah pita silikon, misalnya, adalah 1,12 eV, dan gallium arsenida adalah 1,42 eV. Sebaliknya, celah pita berlian, isolator kristal yang baik, adalah 5,5 eV.
