Semikonduktor Intrinsik dan Ekstrinsik

Semikonduktor murni hanya menghantarkan listrik melalui pasangan elektron-lubang yang dihasilkan secara termal, tetapi penambahan pengotor donor atau akseptor secara sengaja mengubahnya menjadi material tipe-n atau tipe-p dengan konduktivitas yang dapat dikontrol.

Definition

Semikonduktor intrinsik adalah kristal murni di mana jumlah elektron dan lubang yang sama dihasilkan oleh eksitasi termal melintasi celah pita; semikonduktor ekstrinsik adalah semikonduktor yang didoping dengan pengotor donor atau akseptor yang menciptakan kelebihan salah satu jenis pembawa muatan, menjadikannya tipe-n atau tipe-p.

Scope

Topik ini membedakan semikonduktor intrinsik, di mana konsentrasi elektron dan lubang sama dan ditentukan oleh eksitasi termal melintasi celah pita, dari semikonduktor ekstrinsik (terdoping), di mana pengotor donor atau akseptor menyediakan pembawa muatan mayoritas. Ini mencakup tingkat donor dan akseptor dangkal, ionisasi, rezim pembekuan (freeze-out), ekstrinsik, dan intrinsik suhu, serta ketergantungan konsentrasi pembawa muatan pada suhu yang dihasilkan. Ini menyiapkan topik statistik pembawa muatan dan sambungan yang akan dibahas selanjutnya.

Core questions

• Bagaimana pembawa muatan terbentuk dalam semikonduktor murni, dan mengapa konsentrasi intrinsik meningkat tajam seiring dengan suhu?
• Bagaimana pengotor donor dan akseptor menghasilkan material tipe-n dan tipe-p?
• Mengapa tingkat energi dopan dangkal, dan bagaimana ionisasi bervariasi dengan suhu?
• Apa saja rezim pembekuan (freeze-out), ekstrinsik, dan intrinsik dari konsentrasi pembawa muatan?

Key concepts

• Konsentrasi pembawa muatan intrinsik
• Pengotor donor dan akseptor
• Material tipe-n dan tipe-p
• Tingkat pengotor dangkal dan ionisasi
• Rezim pembekuan (freeze-out), ekstrinsik, dan intrinsik

Clinical relevance

Doping terkontrol yang membedakan material ekstrinsik dari intrinsik adalah dasar dari semua perangkat semikonduktor; pemilihan jenis dan konsentrasi dopan menentukan kerapatan pembawa muatan dan konduktivitas daerah yang membentuk dioda, transistor, dan sirkuit terpadu.

History

Peran pengotor dalam konduksi semikonduktor diklarifikasi pada tahun 1930-an dan 1940-an, dan pengembangan doping terkontrol serta pertumbuhan kristal tunggal di Bell Labs pada akhir 1940-an dan awal 1950-an memungkinkan material tipe-n dan tipe-p yang dapat direproduksi, sehingga memungkinkan transistor dan industri semikonduktor.

Key figures

• William Shockley
• Gordon Teal
• Walter Brattain

Seminal works

• sze2007
• ashcroft1976

Frequently asked questions

Apa yang membuat dopan menjadi donor atau akseptor?

Donor memiliki satu elektron valensi lebih banyak daripada atom inang yang digantikannya, dengan mudah melepaskannya ke pita konduksi (tipe-n); akseptor memiliki satu elektron lebih sedikit, menangkap elektron dari pita valensi dan meninggalkan lubang (tipe-p).

Mengapa semikonduktor intrinsik menghantarkan listrik lebih baik saat dipanaskan?

Meningkatkan suhu memberikan lebih banyak elektron energi yang cukup untuk melintasi celah pita, secara eksponensial meningkatkan jumlah pasangan elektron-lubang yang tersedia untuk mengalirkan arus, kebalikan dari logam yang konduktivitasnya menurun saat dipanaskan.