e1002 unit 1

8/14/2019 E1002 Unit 1

http://slidepdf.com/reader/full/e1002-unit-1 1/19

8/14/2019 E1002 Unit 1


SEPARUH PENGALIR E1002 / UNIT 1 / 2

1.1 APAKAH SEPARUH PENGALIR DAN CONTOH-CONTOHNYA :

Untuk memudahkan kita mengenali sifat separuh pengalir, kita harus

mengkaji struktur atom sesuatu bahan terlebih dahulu.

1.0 PENGENALAN

Unit ini merupakan unit permulaan bagi modul ini yang mengandungi 11unit keseluruhannya. Diharap anda dapat memahami keseluruhan unit-unitsecara berperingkat.

Dalam unit ini, kita akan lebih membincangkan tentang ciri-ciri dan sifatelektrik separuh pengalir kerana ia banyak digunakan dalam litar elektronikdan sering bersangkutan dengan kehidupan harian kita.

Struktur atom adalah satu elemen terkecil bagi sesuatu bahan. Modelstruktur atom telah diperkenalkan oleh Niels Bohr dalam tahun 1913.Menurut model tersebut, elemen yang bercas negatif bergerak dalambentuk bulatan atau elips yang mengelilingi satu nukleas bercas positif. ( Rujuk Rajah 1.0a ) :

Elektron bercas ne atif -

Nukleas i. Proton ( bercas positif + )

ii. Neotron ( Nuetral )

Rajah 1.0 : Elektron mengelilingi nukleas

«.. Selamat Mencuba ««

8/14/2019 E1002 Unit 1



Tahukah Anda ?

«.Bahawa «.jumlah bilangan

proton di nukleas dan elektronyang mengelilingi nukleas bagi

setiap atom adalah sama.

1.1.1 Struktur Atom

Dalam atom, terdapat maksimum 7 lapisan orbit ( atau petala ).

Setiap Lapisan dikenali sebagai lapisan K, l, M, N, O, P dan Q

( Atau 1-7 ). Bilangan maksima elektron dalam satu lapisan

ditentukan oleh rumus :

2 x n2 n ialah nombor kedudukanlapisan

jadi « bilangan maksima elektron bagi setiap lapisan ialah :

Lapisan K ( 1 ) : 2 x 12 = 2

Lapisan L ( 2 ) : 2 x 22 = 8

Lapisan M ( 3 ) : 2 x 32 = 18

Lapisan N ( 4 ) : 2 x 42 = 32

Lapisan O ( 5 ) : 2 x 52 = 50

Lapisan P ( 6 ) : 2x 62 = 72

Lapisan Q ( 7 ) : 2 x 72 = 98

Contoh 1 :

Aluminium mengandungi 13 elektron jadi tentukan bilangan elektron

yang terdapat bagi setiap lapisan. :

+13

Lapisan K : 2 elektron

Lapisan L : 8 elektron

Lapisan M: 3 elektron

( bilangan maksima elektron yang

boleh diisi dalam lapisan ini ialah 18tetapi disebabkan baki elektron yangtertinggal ialah 3 jadi elektron yang

terdapat dalam lapisan ini hanyalah 3 )

2 + 8 + 3 = 13

+1

Elektron

Nukleas :MengandungiProton &

8/14/2019 E1002 Unit 1



Lapisan yang paling luar bagi satu atom dinamakan lapisan valens

dan elektron pada lapisan ini dikenali sebagai elektron valens ( ia

merupakan pembawa arus ). Lapisan ini tidak akan memuatkan lebih

daripada 8 elektron valens. Bilangan elektron vales inilah yang akanmenentukan sifat elektrik sesuatu bahan.

( Rujuk jadual 1.0b ) :

Kandungan SifatBahan

Catatan

1 - 3 elektronvalens

Pengalir y Boleh mengalirkan arus elektrik.

y Mempunyai rintangan yang

rendah untuk memudahkan

pengaliran arus

y Atomnya cenderung untuk

melepaskan elektron valensnya

dan menjadi elektron-elektron

yang bebas bergerak dari satu

atom ke atom yang lain.

5 ± 8 elektronvalens

Penebat y Tidak boleh mengalirkan arus

elektrik.

y Mempunyai kerintangan yang

tinggi .

y Atomnya cenderung untuk

menerima elektron vales

daripada atom yang lain bagi

memenuhkan lapisan valens dan

menjadikan ia sebagai atom

stabil dan mampu menghindar

dari sebarang aktiviti elektrik atau

kimia.

4 elektronvalens

Separuhpengalir

y Keadaannya adalah di antara

perantaraan Pengalir dan

Penebat.

y Tidak mudah untuk membuang

/ menerima elektron valens

daripada atom yang lain.

8/14/2019 E1002 Unit 1



1.1.2 Silikon Dan Germanium sebagai Contoh Separuh Pengalir .

Selepas ini kita akan melihat lebih lanjut mengenai separuh pengalir

kerana ia banyak digunakan dalam pembuatan komponen-

komponen elektronik (contohnya diod, transistor dan litar bersepadu).

Dalam pembuatan, dua bahan separuh pengalir yang sering

digunapakai ialah Silikon dan Germanium.

Cuba kita lihat struktur atom bagi Silikon dan Germanium. (Rujuk

rajah 1.2 dan 1.3).

Dari rajah, kita dapat melihat pada lapisan terakhir (lapisan valens)

kedua-dua atom berikut mengandungi 4 elektron valens. Untuk

makluman anda, elektron valens adalah pembawa arus.

Seandainya satu-satu atom yang mempunyai 4 elektron valens ia

dianggap tidak stabil. Ia akan cuba melengkapkan elektron valensnya

dari 4 e.v ke 8 e.v dengan cara mengikut atom lain dan berkongsi

elektron. Perkongsian elektron ini disebut µ Ikatan Kovelen¶.

R ajah 1.2

Struktur Atomik bagiSilikon

R ajah 1.3

Struktur Atomik bagiGermanium

lapisan valensyang mengandungi

4 elektron valens14

32

8/14/2019 E1002 Unit 1



1.1.2.1 Ikatan Kovalen :

Rajah 1.4 , menunjukkan susunan atom atom silikon.

(Oleh sebab keadaan yang menentukan sifat separuh

pengalir atau tidak adalah bergantung kepadaelektron valens di lapisan valens sahaja, maka kita

ringkaskan rajah dengan hanya melukis bahagian

lapisan luar sahaja)

Cuba anda bilang jumlah elektron yang terdapat pada

atom silikon di bahagian tengah yang telah berkongsi

semua elektronnya dengan atom jiran. Kita akan

mendapati ia kelihatan seolah-olah mempunyai 8

elektron valens.

Ini menjadikan setiap setiap atom itu stabil dan

ikatannya teguh. Ia akan berkelakuan seolah-olah

penebat pada suhu bilik. Tetapi terdapat beberapa

faktor yang dapat mengganggu kestabilan atom

tersebut iaitu : Faktor haba, kenaikan suhu,

bezaupaya dan proses serapan.

Seandainya satu voltan kecil diberikan melintasi

bahan ini, hanya arus kecil akan terbina ( sedikitelektron terbebas ). Tiba-tiba suhu meningkat,

banyak elektron akan meninggalkan ikatan . Pada

masa yang sama voltan kecil tadi masih terus

dibekalkan, ini akan menyebabkan ada arus

mengalir ( pergerakan elektron bebas ). Pada masa

ini ia akan bersifat seolah-olah pengalir .

Si

Si

SiSiSi

Rajah 1.4 : Ikatan Kovalen

Si

Si

Si

Si

8/14/2019 E1002 Unit 1



Jika dibandingkan diantara silikon dan germanium, silikon boleh

menerima haba yang lebih sebelum ia menjadi pengalir. Ini akan

dapat mengelakkan komponen yang menggunakan separuh pengalir

ini dari mudah rosak.

Jadi oleh kerana barangan pengguna memerlukan bekalan kuasa

masukan ( dan boleh menghasilkan haba ), kebanyakkan dari

komponen separuh pengalir diperbuat dari silikon.

Bilangan maksima elektron dalam satu-satu lapisanditentukan oleh rumus :

2 x n2

Nilai elektron valens pada lapisan valens menentukan sifat

sesuatu bahan, samada pengalir, penebat atau separuh pengalir.

- Pengalir : 1 ± 3 e.v

- Penebat : 5 ± 8 e.v

- Separuh Pengalir : 4 e.v

Sifat separuh pengalir berada di antara sifat penebat dan

Pengalir. Ia tidak mudah melepaskan elektron seperti

Pengalir dan Ia tidak mudah menerima elektron seperti

Penebat.

Contoh 2 separuh pengalir yang sering digunakan ialah

Silik on dan Germanium.

Ikatan K ovelen ialah perk ongsian elektron valens satuatom dengan elektron valen atom jirannya.

Tips Penting :

8/14/2019 E1002 Unit 1



y Sebelum anda ke input seterusnya, mari kita uji kefahaman anda dalam

input ini melalui soalan-soalan aktiviti dibawah

1a-1. Faktor apakah yang membezakan bahawa sesuatu bahan itu merupakan

pengalir, penebat atau separuh pengalir ?

1a-2. Padan suaikan gambarajah berikut dengan pasangan dan keterangannya .

1a-3. Atom __________dan ____________ mengandungi ____ elektron valensdan ia adalah ________________. Ia cuba menjadi stabil dengan

____________ elektron dengan atom lain.

Helium

mengandungi2 elektron.

PENGALIR

- boleh mengalirkan

arus.- R intangannya

rendah

- Elektron bebas

senang terlepas dari

ikatan.

Karbonmengandungi

6 elektron

Germaniummengandungi

32 elektron

L1 : __

L2 : __

L3 : __ L4 : __

L5 : __ L6 : __ L7 : __

L1 : __ L2 : __ L3 : __

L4 : __

L5 : __

L6 : __ L7 : __

L1 : __ L2 : __ L3 : __

L4 : __ L5 : __

L6 : __

L7 : __

L1 : __ L2 : __ L3 : __

L4 : __

L5 : __ L6 : __

L7 : __

Fosforusmengandungi

15 elektron

PENEBAT

SEPARUH

PENGALIR

- tidak boleh mengalirkan

- arus.

- R intangannya tinggi

- Atomnya stabil

-Ciri-cirinya berada di

antara pengalir dan penebat.

Ia tidak mudah

membuang atau

menerima elektron

valens dari atom lain.

8/14/2019 E1002 Unit 1



1a-1. Faktor yang membezakan antara pengalir, separuh pengalir dan penebatialah bilangan elektron valens pada lapisan valens.

1a-2

1a-3. Atom Germanium dan Silikon mengandungi 4 elektron valens dan ia adalahtidak stabil. Ia cuba menjadi stabil dengan berkongsi elektron dengan atomlain.

Sekiranya anda telah memahami semua penerangan dalam input ini, bolehlah anda teruskan

ke input hadapan. Tetapi «. Sekiranya tidak anda dinasihatkan berjumpa pensyarah andauntuk mendapatkan penerangan tambahan kerana input hadapan adalah berdasarkan

pemahaman dari input ini.

H

eliummengandungi2 elektron.

PENGALIR

- boleh mengalirkan

arus.

- R intangannyarendah

- Elektron bebas

senang terlepas dariikatan.

Karbon

mengandungi

6 elektron

Germaniummengandungi

32 elektron

L1 : _2_ L2 : _-_

L3 : _-_ L4 : _-_ L5 : _-_ L6 : _-_

L7 : _-_

L1 : _2_

L2 : _4_

L3 : _-_ L4 : _-_ L5 : _-_

L6 : _-_ L7 : _-_

L1 : _2_

L2 : _8_ L3 : _4_

L4 : __ L5 : __

L6 : __ L7 : __

L1 : _2

L2 : _8_

L3 : _5_ L4 : __ L5 : __

L6 : __ L7 : __

Fosforus

mengandungi

15 elektron+

PENEBAT

SEPARUH

PENGALIR - tidak boleh mengalirkan- arus.

- R intangannya tinggi

- Atomnya stabil

-Ciri-cirinya berada di

antara pengalir dan penebat.

Ia tidak mudahmembuang atau

menerima elektron

valens dari atom lain.

8/14/2019 E1002 Unit 1



1.2 CIRI ± CIRI SEPARUH PENGALIR JENIS-N DAN JENIS-P.

Bahan jenis N dan jenis P sebenarnya terbentuk dari hablur germanium dan

Silikon yang dicampur dengan atom-atom bendasing.

Sebelum itu, untuk lebih memahami tentang pembentukan kedua-dua bahan

ini, eloklah kita perhatikan dahulu beberapa perkara asas yang perlu

diketahui bagi pembentukan bahan N dan P :

1.2.1 Pembawa Arus ± Elektron bebas dan Hol :

Sekiranya Ikatan Kovalen terganggu kerana salah satu daripada

faktor yang disebutkan sebelum ini, terdapat elektron yang akan

terbebas dari ikatannya. ( rujuk rajah 1.5)

Oleh kerana elektron bercas negatif, maka elektron bebas ini

dikenali sebagai µPembawa Arus Negatif¶.

Elektron yang terbebas akan meninggalkan ruang kosong yang kita

sebut sebagai hol. Ruang ini bercas positif, jadi ia disebut sebagai

µPembawa Arus Positif µ.

Hol

Elektron Bebas

R ajah 1.5 : Kejadian Pembawa Arus

8/14/2019 E1002 Unit 1



1.2.2 Semikonduktor Intrinsik :

Semikonduktor Intrinsik ialah semikonduktor tulin dan tidak

mengandungi unsur asing sedikitpun di dalamnya. Contohnya seperti

hablur Gemanium dan Silikon.

Semikonduktor Intrinsik ini tidak mempunyai sebarang keistimewaan.

1.2.3 Semikonduktor Ekstrinsik :

Bahan semikonduktor tulin seperti yang diterangkan diatas, sekiranya

dicampurkan dengan bahan asing, ia akan menjadi tidak tulin lagi.

Dalam keadaan ini ia akan menjadi bahan yang banyak

kegunaannya.

Proses percampuran ini dikenali sebagai µProses serapan¶. Iaitu

proses memperbanyakkan salah satu pembawa arus (elektron bebas

atau hol) dalam semikonduktor .

Bendasing yang digunakan dikenali sebagai Trivalens (mempunyai 3

elektron valens) atau Pentavalens (mempunyai 5 elektron valens).

Contoh bendasing Trivalens ialah Aluminium, Boron, Galium danIndium manakala contoh bendasing Pentavalens ialah Antimoni,

Arsenik dan Fosforus.

Semikonduktor Ekstrinsik banyak digunakan dalam pembuatan

komponen-komponen semikonduktor seperti diod, transistor dan litar

bersepadu.

8/14/2019 E1002 Unit 1



1.2.4 BAHAN JENIS-N :

Ia berlaku apabila semikonduktor tulin (contohnya Silikon) diserapkan

dengan atom bendasing pentavalen (mempunyai 5 e.v)(rujuk rajah

1.6):

Empat daripada 5 elektron valens atom bendasing akan membentuk

ikatan kovalen dengan atom-atom silikon tetapi terdapat satu elektron

lagi yang tidak mempunyai pasangan.

Elektron ini akan terlepas dari orbitnya dan menjadi elektron bebas,

iaitu pembawa arus negatif. Sekiranya lebih banyak bendasing

pentavalen diserap maka lebih banyak lagi elektron bebas (atau

pembawa arus negatif )

Oleh sebab inilah bahan ini dinamakan Bahan jenis-N.

Pada suhu amat rendah pembawa arus majoritinya ialah Elektron

bebas.

Pada suhu bilik akan terhasil sedikit hol dan dikenali sebagai

pembawa arus Minoriti.

Elektron Bebas

dari atom arsenik Yang tidak mempunyai

pasangan

Si

Ar

SiSi Si

Si

Si Si Si

Si

R

ajah 1.6Silikon disera kan den an Arsenik

8/14/2019 E1002 Unit 1



1.2.5 BAHAN JENIS-P :

Berbeza dengan bahan jenis-N, bahan jenis-P pula terhasil apabila

semikonduktor tulen diserapkan dengan bendasing Trivalens. (rujuk

rajah 1.7)

Dari rajah dapat kita lihat yang tiga atom silikon membolehkan satu

elektron valensnya membentuk ikatan kovelens tetapi satu lagi tidak

dapat kerana kekurangan elektron valens bendasing. Kekosongan ini

menyebabkan terbentuknya hol, iaitu pembawa arus Positif.

Lebih banyak atom bendasing trivalen diserap, makin banyak

pembawa arus positif, atas sebab inilah ia disebut bahan jenis±P.

Pada suhu amat rendah, pembawa arus majoritinya ialah hol-hol dan

pada suhu amat tinggi, pembawa arus minoritinya ialah elektron.

Si

In

SiSi Si

Si

Si Si Si

Si

R ajah 1.7

Silikon diserapkan dengan Indium

Hol

8/14/2019 E1002 Unit 1



Persamaan Bahan Jenis N dan P :

- kedua-dua dibina daripada bahan mentah silikon atau germanium- Kedua-dua dihasilkan melalui proses pendopan (serapan)- Kedua-duanya mempunyai elekton bebas dan hol sebagai pembawa

cas.

FAKTA KUNCI :

SEMIKONDUKTOR

y Semikonduktor tulen

y Cth: Silikon & Germanium

y T idak istimewa

SEMIKODUKTOR

INTR INSIK

SEMIKONDUKTOR

EKSTR INSIK

Proses Sera an

y Semikonduktor tulen yang

bercampur dengan bendasing

y T erdapat 2 jenis bendasing:

y Trivalens y Pentavalen

-atom mempunyai 3 e.v-Cth : Aluminium & Indium

-atom mempunyai 5 ev

-Cth :Antimoni & Arsenik

Trivalen +

Semikonduktor

Tulen

Pentavalen +

Semikkonduktor

Tulen

Bahan Jenis-P Bahan Jenis - N

Pembawa arus Majoriti ± HolPembawa arus Minoriti - Elektron

Pembawa arus Majoriti

-Elektron

Pembawa arus Minoriti -

Hol

8/14/2019 E1002 Unit 1



y Anda telah sampai ke akhir unit 1b, mari kita uji kefahaman anda

dengan menjawab silangkata dibawah. Pastikan anda tidak merujuk

jawapan dibelakang sebelum anda selesai menjawab :

1b-1 . Elektron bebas dikenali sebagai µ Pembawa Arus _____________¶

1b-2 . Ruang kosong yang disebut hol dikenali sebagai µ Pembawa Arus ___________¶

1b-3 . Bahan jenis±N dan P dapat dihasilkan melalui Proses __________.

1b-4 . Bahan jenis N dihasilkan melalui percampuran Semikonduktor tulendan bendasing _______________.

1b-5 . Bahan jenis P dihasilkan melalui serapan semikonduktor tulen denganbendasing _______________.

1b-6 . Untuk bahan jenis-N ± Pembawa arus majoriti ialah _____________ Pembawa arus minoriti ialah _____________

1

3

5

2

4

7

6

8/14/2019 E1002 Unit 1



y Sila semak jawapan anda, sekiranya anda tidak pasti pada satu-

satu perkara, cuba rujuk input semula untuk mencari kepastian .

N

E

S GE A

R T T

A I R

P O S I T I F I

A P E N T A V A L E NN A

H L

O EE L E K T R O N B E B A S

Tahniah _..anda telah sampai ke penghujung unit 1. Sila terus kebahagian

penilaian kendiri untuk latihan-latihan menguji kefahaman anda seterusnya _

PENILAIAN KENDIRI

8/14/2019 E1002 Unit 1



y Anda telah menghampiri kejayaan.Sila cuba semua soalan dalam penilaiankendiri ini.. Pastikan anda menyemak jawapan di belakang setelah anda

selesai menjawab _.

y Selamat mencuba __

SOALAN 1 :

Lukiskan rajah struktur atom bagi :a) Germanium yang mempunyai no atom 32.b) Silikon yang mempunyai no atom 14.

Serta nyatakan sifat bahan-bahan tersebut .

SOALAN 2 :

Apakah Ikatan Kovelen dan lukiskan rajah yang menunjukkan Ikatan kovelen bagiGermanium.

SOALAN 3 :

Berikan 4 faktor yang membolehkan elektron terbebas dari ikatan Kovelen.

SOALAN 4 :

Untuk membolehkan bahan jenis N dan terhasil, semikonduktor tulen perludiserapkan dengan bendasing. Apakah bendasing itu dan terangkan setiap satudan berikan contoh rajah yang menerangkan semikonduktor tulen yang diserapkandengan salah satu bendasing.

SOALAN 5 :

Nyatakan pembawa arus majoriti dan minoriti bagi bahan jenis N dan P .

8/14/2019 E1002 Unit 1



y Sila semak jawapan anda. Sekiranya terdapat soalan-soalan

yang anda tidak faham, anda harus berjumpa dengan pensyarah

anda untuk mendapatkan penerangan yang lanjut.

JAWAPAN SOALAN 1 :

1.

Kedua-dua bahan adalah separuh pengalir kerana kedua-duanyamempunyai 4 elektron valens. Sifat bahannya adalah ia tidak mudahmelepaskan elektron semudah pengalir dan ia juga tidak mudah menerimaelektron semudah penebat.

JAWAPAN SOALAN 2 :

2. Ikatan Kovelen ialah proses perkongsian elektron valens sesuatu atomdengan elektron valens atom jirannya untuk membuatkan satu-satu atom ituberada dalam keadaan stabil.

JAWAPAN SOALAN 3 :

Struktur Atomik

bagi Silikon

Struktur Atomik

bagi Germanium

1432

Si

Si

SiSiSi

Ikatan Kovalen

Si

Si

Si

Si

MAKLUMBALASPENILAIAN K ENDIRI

8/14/2019 E1002 Unit 1



3. Faktor yang membolehkan elektron terbebas dari ikatan kovelen ialah:

i. Habaii. Beza Upayaiii. Kenaikan suhu

iv. Proses Serapan.

JAWAPAN SOALAN 4 :

4. Bendasing yang dimaksudkan ialah atom-atom lain yang mempunyai 5 dan3 elektron valens. Kita namakan ia Bendasing Trivalens ( 3 e.v ) danBendasing Pentavalens ( 5 e.v )

Contoh Bendasing Trivalens ialah Aluminium, Boron, Galium, Indium.Contoh Bendasing Pentavalens ialah Antimoni, Arsenik, Fosforus.

JAWAPAN SOALAN 5 :

5. Bahan Jenis N : Pembawa Arus Majoriti : Elektron BebasPembawa Arus Minoriti : Hol

Bahan Jenis P : Pembawa Arus Majoriti : HolPembawa Arus Minoriti : Elektron Bebas.

Si

In

SiSi Si

Si

Si Si Si

Si

Silikon diserapkan dengan Indium

hol

e1002 unit 1

Documents