Semikonduktor – pita energi, doping, dan sambungan p–n
FisikaListrik dan rangkaianUsia 17–18
Memuat…
Masuk untuk memainkan
Bandingkan diagram pita energi konduktor (tembaga), semikonduktor (silikon, celah pita 1,12 eV), dan isolator (intan, 5,5 eV), lalu ubah suhu untuk melihat jumlah elektron konduksi dan konduktivitas silikon naik sangat cepat sementara milik tembaga turun. Layar Doping menambahkan fosfor (donor, tipe n) atau boron (akseptor, tipe p) ke kisi silikon: ubah tingkat doping dan suhu, lalu baca kerapatan elektron n, kerapatan hole p, hasil kali n·p = nᵢ², tingkat Fermi, dan konduktivitas. Layar Sambungan p–n menunjukkan difusi yang membentuk lapisan deplesi dan potensial penghalang sekitar 0,7 V, yang menyempit pada bias maju dan melebar pada bias mundur, dikaitkan dengan kurva I–V dioda.
Pelajaran: Teori pita zat padat: konduktor, semikonduktor, dan isolator; semikonduktor tipe n dan tipe p serta sambungan p–n
Yang ditunjukkan
Dalam zat padat, elektron hanya dapat memiliki energi di dalam pita yang diizinkan. Pada logam, pita-pita bertumpang tindih sehingga selalu ada banyak elektron bebas. Pada silikon, celah 1,12 eV memisahkan pita valensi yang penuh dari pita konduksi yang kosong; panas mengangkat beberapa elektron melewatinya dan meninggalkan hole, sehingga konduktivitas naik tajam dengan suhu. Fosfor memberi elektron (tipe n), boron meninggalkan hole (tipe p), dan n·p tetap sama dengan nᵢ². Menyambungkan p dan n membentuk lapisan deplesi dengan penghalang sekitar 0,7 V. Model menganggap semua atom dopan terionisasi.
Cara menggunakan
Di Pita energi, geser Suhu T lalu bandingkan tembaga, silikon, dan intan serta grafik konduktivitas. Di Doping, pilih Dopan dan Tingkat doping, lalu amati kisi, diagram pita, dan grafik n dan p; tekan Catat untuk menambah satu baris. Di Sambungan p–n, tekan Sambungkan p dan n, lalu geser Tegangan bias V antara bias mundur dan maju; baca lebar lapisan deplesi, penghalang, dan arus.
Parameter yang dapat diubah
- Layar Pita energi, Doping silikon, Sambungan p–n
- Suhu T 200–600 K
- Dopan Tidak ada (murni), Fosfor (tipe n), Boron (tipe p)
- Tingkat doping (log₁₀ jumlah atom per cm³) 13–18
- Tegangan bias V (positif: bias maju) -5–0,7 V
Pertanyaan untuk dijelajahi
- Mengapa resistivitas silikon turun tajam saat dipanaskan, sedangkan resistivitas tembaga naik?
- Mengapa menambah fosfor ke silikon justru mengurangi jumlah hole?
- Mengapa bias mundur melebarkan lapisan deplesi dan hampir tidak mengalirkan arus?
