Model Atom Semikonduktor

Semikonduktor merupakan  elemen dasar dari komponen elektro ibarat dioda, transistor bipolar (Bipolar Junction Transistor/BJT), transistor unipolar (Uni Junction Transistor/UJT), thyristor dan piranti terintegrasi ibarat IC  (integrated circuit). Dinamakan semi atau setengah  konduktor (penghantar), lantaran materi ini memang bukan konduktor murni. Tidak ibarat bahan-bahan logam ibarat tembaga, besi, timah disebut sebagai konduktor yang baik lantaran logam mempunyai susunan atom yang sedemikian rupa, sehingga elektronnya sanggup bergerak bebas. Gambar di bawah. menawarkan karakteristik dari materi konduktor, semikonduktor dan isolator.

Gambar 1. Karakteristik Penghantar (Conductor), Semikonduktor
(Semiconductor) dan Isolator (Insulator)

Seperti Gambar 2, atom tembaga dengan lambang kimia Cu mempunyai inti 29 ion (+) dikelilingi oleh 29 elektron (-). Sebanyak 28 elektron menempati orbit-orbit bab dalam membentuk inti yang disebut  nucleus. Dibutuhkan energi yang sangat besar untuk sanggup melepaskan ikatan elektron-elektron ini. Satu buah elektron lagi yaitu electron yang ke-29, berada pada orbit paling luar.

Gambar 2. Struktur Atom Tembaga (Cu)

Orbit terluar ini disebut pita valensi dan elektron yang berada pada pita ini dinamakan elektron valensi. Karena hanya ada satu elektron dengan jarak yang jauh dari  nucleus, sehingga ikatannya tidak terlalu kuat. Hanya dengan energi yang relatif kecil, mak a elektron terluar ini gampang terlepas dari ikatan intinya.

Gambar 3. Karakteristik Atom Konduktor

Pada suhu kamar, elektron tersebut sanggup bebas bergerak atau berpindah-pindah dari satu  nucleus  ke  nucleus  lainnya, tanpa beda potensial elektron-elektron pada materi konduktor akan bergerak tidak teratur (elektron bebas) ibarat Gambar 3. Jika diberi beda potensial listrik, maka gerakan elektron-elektron tersebut menjadi teratur dan dengan gampang berpindah ke arah potensial yang sama ibarat Gambar 4. Phenomena ini yang dinamakan sebagai arus listrik. Berbeda dengan materi isolator, bahwa struktur atom mempenyai elektron valensi sebanyak 8 buah, dan melepaskan elektron-elektron dari ikatan pada dasarnya diharapkan energi yang besar.

Gambar 4. Lintas Aliran Elektron

Elektron yang diambil dari terminal konkret berjalan didalam sumber tegangan menuju terminal negatif. Lintas fatwa elektron tertutup.
 
Struktur Atom

Arus listrik bersama-sama gerakan sesaat dari partikel-partikel(bagian-bagian yang terkecil) yang bermuatan positif. Partikel-partikel ini ada yang bermuatan konkret dan adapula yang bermuatan negatif. Kumpulan partikel bermuatan konkret dan pertikel bermuatan negatif membentuk atom, yang merupakan dasar terbentuknya semua zat.

Gambar 5. Struktur Atom Germanium (Ge)

Setiap atom terdiri dari inti atom konkret dan sejumlah elektron negatif yang mengelilingi inti. Gambar 5 mempelihatkan pola struktur atom germanium (Ge) dengan elektron bervalensi 4. Elektron paling luar yang bervalensi 4 berfungsi sebagai pengikat terhadap atom tetangga terdekat. Pada umumnya sikap khas sebuah materi padat yaitu bahwa atom berada dalam posisi tetap dengan elektron yang bermuatan negatif dan terikat terhadap intinya.

Ikatan Kristal Semikonduktor

Elektron valensi antara materi semikonduktor dan materi isolator, tidak sama dengan elektron valensi yang terdapat dalam logam, yaitu biasanya tidak sanggup bergerak dengan bebas. Elektron valensi ini biasanya merupakan  elektron terikat (bound electron). Terdapat satu jenis kristal/hablur yang sangat penting yaitu kristal valensi. Susunan ikatan antara dua atom yang berdampingan membentuk sepasang elektron valensi ikatan ganda atau  covalent electron. Dalam keadaan ikatan ganda antara sebuah atom dengan sejumlah atom tetangga terdekatnya sama dengan banyaknya elektron valensi semula yang semula dimiliki oleh atom bersangkutan.

Gambar 6. menawarkan model struktur atom materi setengah penhantar germanium dengan 4 buah elektron valensi.

Gambar 6. Model Struktur Atom Germanum (Ge)

Elektron Valensi Akibat Renggutan

Pada paragraph diatas telah dijelaskan, bahwa tidak ada perbedaan antara elektron vanlensi semikonduktor dan isolator secara normal tidak  mungkin sanggup mengakibatkan fatwa arus lantaran keduanya merupakan elektron berikat. Untuk menciptakan biar supaya elektron-elektron berikat tersebut terlepas dariikatan inti atom, sanggup dilakukan dengan cara santunan panas dari luar.

Gambar 7. Renggutan Elektron Valensi Dari Inti

Gambar 7 menawarkan proses renggutan/terlepasnya elektron berikat menjadi elektron bebas sebagai akhir saling ukiran dengan partikel lain yang sarat mendapatkan energi lebih (dalam hal ini sanggup berupa kuantum cahaya terkecil. Cara yang paling gampang untuk melepaskan elektron valensi berikat dalam suatu material semikonduktor menjadi konduktor (valensi bebas), yaitu sanggup dengan jalan memanaskan struktur kristal/hablur tersebut. Proses perlakuan ini, atom akan menjadi osilasi yang terus kian meningkat, kemudian usang kelamaan akan meregang dari ikatan inti atom. Sehingga pada suhu tertentu mengakibatkan suatu ikatan antara inti atom dengan elektron valensi menjadi terenggut.

Perlu diketahui, bahwa tenaga yang diharapkan untuk merenggut/melepas ikatan-ikatan tersebut tidak berasal dari partikel luar, melainkan dating dari kristal itu sendiri. Makin tinggi suhu yang sanggup diterima oleh semikonduktor, makin banyak elektron-elektron berikat yang sanggup terenggut lepas dari ikatan-ikatan intinya. Pada tahap keadaan ini menunjukan, bahwa semikonduktor sanggup bermetamorfosis materi yang sanggup mengalirkan arus (bahan konduktor).