Transcript pendahuluan zat padatl

STRUKTUR KRISTAL ZAT PADAT
Material Semikonduktor
Bahan-bahan yang mempunyai sifat semikonduktif umumnya memiliki
 konduktivitas listrik antara
 energi gap lebih kecil dari 6 eV.
Bahan Semikonduktor i
 Bahan murni
 Bahan paduan.
Bahan oksida : CuO, ZnO, Ag2O, PbO, Fe2O3 dan SnO
Bahan semikonduktor
:
Jenis pembawa
muatan :
 semikonduktor
intrinsik
 Semikonduktor
ekstrinsik
 semikonduktor intrinsik
Semikonduktor ekstrinsik
Tidak mengandung atom-atom
takmurnian (impuritas)
Pembawa muatan dominan :
elektron dan hole
mengandung atom-atom pengotor
(impuritas)
Pembawa muatan dominan :
elektron / hole
Tipe Zat Padat
Kualitas
susunan
atomnya
Amorf,
 polikristal,
kristal tunggal
 Masing-masing tipe ditunjukkan oleh ukuran daerah
dengan susunan atom yang teratur
Daerah teratur merupakan ruangan di mana atomatom atau molekul yang mengisinya mempunyai
geometri yang teratur atau periodik.
Skematik diagram tiga tipe kekristalan zat padat: a) Amorf
b) polikristal dan c) kristal tunggal
Amorf
Hanya mempunyai daerah teratur seukuran
dimensi beberapa atom atau molekul.
polikristal
Tingkat keraturan tinggi dan relatif lebih besar
 Daerah teratur ini, atau daerah kristal tunggal
mempunyai ukuran dan orientasi yang bervariasi antara satu
dengan lainnya .
 Daerah kristal tunggal di sebut sebagai butir (grain) dan
dipisahkan satu dengan lainnya dengan batas butir (grain
boundaries).
Daerah kristal tunggal, secara ideal mempunyai tingkat
keteraturan dan periodisitas yang sangat tinggi pada keseluruhan
volume ruangan material
Material kristal tunggal mempunyai sifat kelistrikan yang sangat
baik dibandingkan dengn jenis material yang lain.
Ruang Kisi
Membahas material kelompok kristal tunggal
Representasi satuan atau kelompok atom, berulang pada
jarak yang regular mengisi ruang tiga dimensi membentuk
kristal tunggal
Susunan atom secara regular pada kristal disebut KISI (lattice)
Sel Satuan dan Primitif
Kita dapat merepresentasikan susunan atom dengan titik kisi.
Pengulangan susunan atom dapat dilakukan dengan translasi .
Representasi Kisi
kristal tunggal dua
dimensi
Setiap titik kisi dapat ditranslasikan sejauh a1 pada satu arah
dan sejauh b1 pada arah kedua untuk menghasilkan kisi dua
dimensi.
Untuk kisi tiga dimensi adalah pengulangan kelompok atom
atau molekul
Satuan terkecil pengulangan ----sel satuan (unit cell)
A
B
D
C
Representasi Kisi kristal
tunggal dua dimensi
menunjukkan berbagai
kemungkinan bentuk sel
satuan
 Sel satuan A dapat ditranslasikan ke arah a2 dan b2, sel satuan B
dapat ditranslasikan ke arah a3 dan b3 dan keseluruhan kisi dua
dimensi dapat di konstruksi translasi dengan salah satu sel satuan
ini
 Dengan translasi yang sesuai sel satuan C dan D juga dapat
digunakan untuk merekontruksi keseluruhan kisi.
Bentuk umum sel satuan
primitif
Bentuk umum sel satuan
primitif
Sel primitif merupakan unit sel terkecil yang dapat diulang pada kisi.
 Untuk beberapa kasus lebih baik menggunakan sel satuan yang
tidak sel primitif.
 Sel satuan dapat dipilih misalkan memiliki sisi ortogonal, sedangkan
sisi primitif kemungkinan tidak ortogonal.
Bentuk umum sel satuan tiga dimensi
Hubungan antara sel satuan dengan kisi --- diperlihatkan
dengan tiga vektor
Setiap titik kisi kristal dua dimensi yang ekivalen dapat
ditemukan dengan vektor pergeseran.
(1.1)
p, q dan s merupakan bilangan bulat.
Struktur Kristal
Gambar: Tiga Tipe kisi kubik
(a) SC (simple cubic)
(b) BCC (body-centered cubic)
(c) FCC (face centered cubic)
Dengan mengetahui struktur kristal material dan dimensi kisinya,
kita dapat menentukan beberapa karakteristik kristal (misal
volume dan kerapatan atom penyusun)
Bidang Kristal dan Indeks Miller
Besarnya kristal yang sebenarnya tidaklah tak berhingga,
maka akan selalu sampai pada bidang batas.
Piranti semikonduktor dibuat pada atau dekat
permukaan, karenanya properti permukaan akan
berpengaruh terhadap karakteristik piranti yang dibuat.
Permukaan tersebut dapat digambarkan sebagai
permukaan kisi kristal.
Permukaan atau bidang kristal ini dapat digambarkan .......
merupakan perpotongan bidang dengan sumbu
Bidang kristal seperti terlihat pada gambar 1.6, misalnya,
mempunyai titik potong dengan masing-masing sumbu
pada p = 3, q = 2 dan s = I (lihat kembali persamaan 1.1).
Sekarang kita dapat menuliskan kebalikan dari titik potong
sehingga memberikan:
Bidang (236)
Tiga Bidang yang biasa digunakan sebagai acuan pada kristal kubik
Tiga bidang kisi: a) bidang (100), b) bidang (l l0) dan c) bidang (l l l)
Paralel terhadap sumbu b dan d sehingga perpotongan berada pada p = 1, q= 
dan s =  Dengan mengambil kebalikannya didapatkan indeks Miller sebagai
(1,0,0), sehingga bidang pada (a) adalah bidang (100)
Karakteristik kristal yang dapat diperoleh
 jarak antara bidang sejenis (paralel) terdekat)
Konsentrasi atom permukaan per satuan luas yang terpotong oleh suatu bidang.
Rapat atom permukaan
(a)
(b)
Gambar (a) Bidang (110) pada kristal BCC dan (b) Atom yang terpotong oleh
bidang (l l0) pada kristal BCC.
Rapat atom permukaan sebesar
Struktur Kristal Diamond
Struktur kristal diamon
Struktur tetrahedral pada kisi diamon
dari atom-atom bertetangga terdekat
Bagian dari kisi diamon: a) setengah bawah dan b) setengah atas
Kisi zinchblennde GaAs
Struktur tetrahedral dari
tetangga terdekat pada kisi Kisi
zinchblennde