Konduktor, Semikonduktor dan Isolator

a. Konduktor merupakan penghantar listrik yang paling mudah. Contoh : Perak, tembaga, Emas, Alumunium. Konduktor dicirikan dengan adanya satu elektron valensi bebas dimana elektron valensi ini dapat melepaskan diri dari atom dan menjadi atom bebas. Pita konduksi dan pita valensi saling tumpang tindih dan memiliki elektron bebas yang banyak. Dibawah pengaruh medan listrik yang dikenakan, elektron dapat memperoleh energi tambahan dan memasuki tingkat energi yang lebih tinggi. Karena elektron yang dapat berpindah tempat ini membentuk arus, maka pita energi yang terisi sebagian merupakan pita konduksi.






b. Semikonduktor intrinsik adalah semikonduktor yang dibuat dengan metode khusus untuk meningkatkan kemurniannya setinggi mungkin, sehingga hasilnya bisa dianggap sebagai semikonduktor murni. Pada suhu yang sangat rendah (mis. 0° K) struktur ideal pada gambar dibawah bisa tercapai dan kristal berperilaku seperti insulator, karena tidak ada pembawa muatan (carrier) yang bergerak bebas. Pada suhu kamar (25°C), dengan energi sebesar 0,72 eV untuk germanium dan 1,1 eV untuk silikon, elektron bisa terlepas dari ikatan kovalen
Elektron tersebut menjadi elektron bebas dan meninggalkan bekas yang disebut hole. Dalam keadaan seperti ini, kristal memiliki kemampuan untuk melakukan konduksi. Dalam kondisi ini, jumlah elektron bebas = jumlah hole.
Semikonduktor intrinsik pada suhu kamar yang sangat rendah(00) memiliki sifat : semua elektron berada pada ikatan kovalen dan tak ada elektron bebas dan tak ada pembawa muatan sehingga bersifat sebagai isolator.
Untuk itu, kita menggunakan notasi ni untuk menyatakan konsentrasi pembawa intrinsik, yakni konsentrasi dari elektron bebas ataupun hole.

c. Semikonduktor Ekstrinsik bervalensi 3 atau yang sering disebut dengan semikkonduktor tipe – p. Semikonduktor tipe-p dapat dibuat dengan menambahkan sejumlah kecil atom pengotor trivalen (aluminium, boron, galium atau indium) pada semikonduktor murni, misalnya silikon murni. Atom-atom pengotor (doping) ini mempunyai tiga elektron valensi sehingga secara efektif hanya dapat membentuk tiga ikatan kovalen. Saat sebuah atom trivalen menempati posisi atom silikon dalam kisi kristal, terbentuk tiga ikatan kovalen lengkap, dan tersisa. Semikonduktor ekstrinsik bervalensi 5 atau yang sering disebut dengan semikonduktor tipe – n. Semikonduktor tipe-n dapat dibuat dengan menambahkan sejumlah kecil atom pengotor pentavalen (antimony, phosphorus atau arsenic) pada silikon murni. Atom-atom pengotor (dopan) ini mempunyai lima elektron valensi sehingga secara efektif memiliki muatan sebesar +5q. Saat sebuah atom pentavalen menempati posisi atom silikon dalam kisi kristal, hanya empat elektron valensi yang dapat membentuk ikatan kovalen lengkap, dan tersisa sebuah elektron yang tidak berpasangan (lihat gambar dibawah). Dengan adanya energi thermal yang kecil saja, sisa elektron ini akan menjadi elektron bebas dan siap menjadi pembawa muatan dalam proses hantaran listrik. Material yang dihasilkan dari proses pengotoran ini disebut semikonduktor tipe-n karena menghasilkan pembawa muatan negatif dari kristal yang netral. Karena atom pengotor memberikan elektron, maka atom pengotor ini disebut sebagai atom donor. Secara skematik semikonduktor tipe-n digambarkan seperti terlihat pada gambar dibawah.

d. Isolator bukan merupakan penghantar listrik yang baik. Elektron valensinya mengikat kuat pada atom dan memiliki sedikit elektron bebas serta dicirikan dengan memiliki 8 elektron valensi. Pada isolator, pita terlarang yang lebar memisahkan daerah valensi yang penuh dari pita konduksi yang kosong. Energi yang dapat diberikan kepada elektron terlalu kecil untuk memindahkan elektron dari pita yang penuh ke pita yang kosong. Karena elektron tidak dapat memperoleh energi yang mencukupi, maka penghantaran tidak mungkin berlangsung.