Diskusi Berapakah diameter minimum (D) dari kawat tembaga sehingga tegangannya V < 1.5 volt, jika diketahui σ kawat adalah 6.07 x 10 7 (Ohm-m)-1 ?
100 m I =
Cu wire -
2.5 A
+
V
100 m D
2
R
< 1.5 V
A
V I
4
Solve to get
2.5 A 6.07 x 107 (Ohm-m)-1
D > 1.87 mm 7
Energi band elektron
8
Struktur band elektron
9
Konduksi dan transport elektron • Metals (Conductors): -- untuk bahan metal, pita konduksi (empty band) berdekatan dengan pita valensi (filled band).
a) Sebelum eksitasi, b) setelah eksitasi 10
Pita energi isolator dan semikonduktor • Isolator: -- band gap lebar (> 2 eV) -- sedikit elektron yang tereksitasi melewati band gap
Energy
• Semikonduktor: -- band gap sempit (< 2 eV) -- banyak elektron yang tereksitasi melewati band gap
empty conduction band
GAP filled valence band
s e t a t s d e l filled l i f band
Energy ?
empty conduction band
GAP filled s e valence t a band t s d e l filled l i f band 11
Pengaruh suhu dan pengotor pada resistivitas logam • faktor yang mempengaruhi resistivitas logam -- grain boundaries (batas butir) -- dislocations (dislokasi) -- impurity atoms (atom pengotor) -- vacancies (kekosongan) 6
• resistivitas bertambah dengan perlakuan:
) 5 , m y t i m 4 v h i t O
s i 3 s 8 e 0 ( 2 R 1
d
-- %CW (cold work)
i
1 0
-- temperature -- wt% impurity
-200
-100
termal pengotor
t
0
deformasi
T (ºC) 12
Estimasi Konduktivitas • Question: -- Estimate the electrical conductivity of a Cu-Ni alloy that has a yield strength of 125 MPa. ) a180 P 160 M ( 140 h t 125 g120 n e r 100 t s d l 80 e i Y 600
21 wt% Ni
) 50 m -
, y m t i h 40 v i t O 30 s 8 i s e 0 20 R 1 (
10 0 0 10 20 30 40 50
10 20 30 40 50
wt% Ni, (Concentration C )
wt% Ni, (Concentration C )
30 x 108Ohm m
1
3.3 x 106(Ohm m)1 13
Eksitasi elektron pada isolator dan semikonduktor ada dua tipe pembawa muatan: Elektron bebas – muatan negatif – dalam pita konduksi Hole – muatan positif – kekosongan elektron pada pita valensi
14
Semikonduktor Intrinsik • Material semikonduktor murni contohnya adalah Silikon dan germanium – Group IVA materials • Semikonduktor campuran – golongan III-V • Ex: GaAs & InSb
– golongan II-VI • Ex: CdS & ZnTe
15
Semikonduktor Intrinsik • konsep elektron dan hole: valence electron
electron hole pair creation
Si atom
no applied electric field
+
applied electric field
• konduktivitas elektrik
-
+
applied electric field Adapted from Fig. 18.11, Callister & Rethwisch 8e.
# holes/m3
n e e p e h # electrons/m3
electron hole pair migration
hole mobility
electron mobility 16
Jumlah pembawa muatan Konduktivitas Intrinsik
n e e p e h • untuk semikonduktor intrinsik n = p = ni
= ni |e|(e + h)
contoh : GaAs
•
10 6 ( m)1 ni e e h (1.6 x1019 C)(0.85 0.45 m2 /V s) untuk GaAs ni = 4.8 x 1024 m-3 untuk Si
ni = 1.3 x 1016 m-3 17
Semikonduktor Intrinsik • untuk silikon murni berlaku : -- naik dengan naiknya T -- berlawanan dengan logam
ni e
e
h
E gap / kT
ni e material Si Ge GaP CdS
band gap (eV) 1.11 0.67 2.25 2.40
Selected values from Table 18.3, Callister & Rethwisch 8e. 18
Semikonduktor Ekstrinsik -- sifat listrik ditentukan oleh pengotor -- n ≠ p
• tipe-n: (n >> p)
• tipe-p: ( p >> n)
Phosphorus atom
Boron atom
hole 4+ 4+ 4+ 4+
n e e
4 + 5+ 4 + 4 + 4+ 4+ 4+ 4+
Tanpa medan listrik
conduction electron valence electron Si atom
4+ 4+ 4+ 4+ 4+ 3+ 4+ 4+
p e h
4+ 4+ 4+ 4+ Tanpa medan listrik
Adapted from Figs. 18.12(a) & 18.14(a), Callister & 19
