Simulasi Efek Hamburan Impuritas Terionisasi Terhadap Distribusi Pembawa Muatan Dioda Si pada Variasi Temperatur Operasional

Abstract

Silikon ialah salah satu bahan semikonduktor yang berasal dari golongan IVA dan tersusun atas atom-atom tunggal berstruktur kristal. Salah satu aplikasi divais semikonduktor adalah dioda Silikon. Dioda terbuat dari persambungan semikonduktor tipe-p dan semikonduktor tipe-n. Pada temperatur ruang, atom impuritas akan terionisasi dan terjadi interaksi Coulomb dengan pembawa muatan setempat. Interaksi inilah yang menyebabkan terjadinya hamburan impuritas terionisasi. Hamburan akibat proses tumbukan antar atom yang terionisasi menyebabkan terjadinya perubahan kecepatan pembawa muatan. Perubahan mobilitas pembawa muatan menyebabkan perubahan difusivitas bahan. Impuritas yang terionisasi akibat adanya perubahan temperatur operasional dan mobilitas pembawa muatan pada dioda Silikon memberikan perubahan pada distribusi pembawa muatan. Tujuan dari penelitian ini adalah mendapatkan hasil pemodelan profil distribusi pembawa muatan yang dipengaruhi oleh variasi temperatur dan mobilitas pembawa muatan. Hasil simulasi tersebut dibandingkan dengan data kontrol, yaitu data distribusi pembawa muatan yang dipengaruhi oleh variasi temperatur dimana mobilitas muatan dianggap konstan. Penelitian diawali dengan entry data berupa parameter dioda Silikon, geometri dioda, temperatur operasional (T) dan mobilitas pembawa muatan (μ). Temperatur operasional divariasikan dari hingga . Dalam hal ini, besarnya mobilitas pembawa muatan berbanding terbalik dengan peningkatan temperatur. Geometri viii dioda Silikon yang disimulasikan memiliki panjang 7 μm dan lebar 5 μm. Metode yang digunakan adalah metode elemen hingga. Metode elemen hingga merupakan suatu metode numerik yang digunakan untuk menyelesaikan persamaan differensial dengan beberapa kondisi batas dan membagi suatu domain menjadi subdomain yang disebut mesh. Metode elemen hingga dapat mengubah suatu fungsi kontinu menjadi fungsi diskrit, sehingga solusi umum dari suatu persamaan yang diselesaikan tersebut berupa penjumlahan masing-masing elemen. Data yang dimasukkan selanjutnya digunakan untuk mengatur kondisi batas, menyelesaikan persamaan Poisson dan persamaan kontinuitas. Hasil yang diperoleh berupa data konsentrasi pembawa muatan. Hasil simulasi variasi temperatur operasional dan mobilitas pembawa muatan menunjukkan bahwa konsentrasi elektron terbesar terdapat pada daerah katoda, kemudian konsentrasi elektron menurun ketika menuju daerah anoda. Penurunan konsentrasi elektron ditandai dengan perubahan warna pada geometri dioda. Namun sebaliknya, konsentrasi hole tertinggi berada pada daerah anoda dan menurun ketika menuju daerah katoda. Pengamatan distribusi pembawa muatan dilakukan di daerah katoda, persambungan dan anoda. Pada daerah katoda, seiring bertambahnya temperatur operasional dan menurunnya mobilitas muatan maka konsentrasi elektron meningkat sedangkan konsentrasi hole menurun. Hal yang serupa juga terjadi pada konsentrasi elektron dan hole dimana mobilitas hole konstan. Pada daerah persambungan, konsentrasi hole mengalami peningkatan dan konsentrasi elektron menurun baik mobilitas pembawa muatan divariasikan terhadap temperatur maupun dianggap konstan. Pada daerah anoda konsentrasi hole menurun akibat adanya perubahan mobilitas hole maupun mobilitas hole konstan. Konsentrasi elektron pada daerah anoda akibat adanya variasi mobilitas elektron meningkat kecuali pada temperatur 100 C dan 150 C. sedangkan konsentrasi elektron pada daerah anoda dimana mobilitas elektron konstan meningkat kecuali pada temperatur150 C dan 200 C .