STUDI PENGARUH HAMBURAN FONON PIEZOELEKTRIK AKIBAT PERUBAHAN TEMPERATUR TERHADAP DISTRIBUSI KONSENTRASI ELEKTRON PADA SEMIKONDUKTOR GALIUM ARSENIDA

Abstract

Semikonduktor merupakan bahan yang memiliki nilai konduktivitas listrik di antara isolator dan konduktor. Berdasarkan kemurniannya bahan semikonduktor dibagi menjadi 2 yaitu semikonduktor intrinsik dan semikonduktor ekstrinsik. Secara umum semikonduktor ekstrinsik dibagi menjadi tiga tipe yaitu tipe-n, tipe-p dan paduan. Semikonduktor paduan merupakan penggabungan unsur golongan II dan VI atau unsur golongan III dan V. Gallium Arsenid (GaAs) merupakan salah satu bahan semikonduktor paduan. Dalam proses menghantarkan arus. pada bahan semikonduktor terdapat sebuah mekanisme yang disebut mobilitas pembawa muatan. Laju mobilitas pembawa muatan pada bahan dipengaruhi oleh beberapa faktor antara lain temperatur. Meningkatnya temperatur dalam bahan juga dapat menimbulkan terjadinya mekanisme hamburan (scattering). Pada umumnya terdapat dua mekanisme hamburan pada bahan semikonduktor, yaitu hamburan impuritas terionisasi dan hamburan kisi (fonon). Hamburan kisi dibagi menjadi dua yaitu hamburan deformasi potensial dan hamburan fonon piezoelektrik. Hamburan fonon piezoelektrik merupakan hamburan pada semikonduktor paduan yang masih terdapat ikatan ionik. Ikatan ion akan terpolarisasi sehingga akan menimbulkan beda potensial yang dapat mengganggu mobilitas pembawa muatan pada bahan. Hamburan yang terjadi mempengaruhi konsentrasi pembawa muatan. Sehingga penelitian ini mengkaji pengaruh hamburan fonon piezoelektrik akibat perubahan temperatur terhadap distribusi konsentrasi elektron pada bahan Gallium Arsenida. Penelitian dilakukan dalam beberapa tahap simulasi. Tahap pertama dilakukan entry data berupa geometri bahan GaAs dalam bentuk 2D dengan panjang 7.0 μm dan viii lebar 5.0 μm, parameter bahan GaAs, temperatur dan mobilitas elektron. Kemudian dilakukan pengaturan kondisi batas dan penyelesaian persamaan Poisson dan Kontinuitas menggunakan Metode Elemen Hingga (MEH). Tahap selanjutnya memasukkan parameter input dengan memvariasikan mobilitas elektron yang diperoleh dari hasil eksperimen Manion (1988) dan memvariasikan temperatur pada 40K, 60K, 80K, 100K, dan 300K. Selanjutnya dilakukan running simulasi dan diamati distribusi konsentrasi elektron pada 6 daerah koordinat yang berbeda yaitu pada daerah katoda (0,198;-0,696), daerah dekat katoda (0,198;-0,5), daerah tengah 1 (0,198;-0,365), daerah tengah 2 (0,198;-0,343), daerah dekat anoda (0,198;-0,2) dan daerah anoda (0,198;-0,00313). Hasil simulasi menunjukkan pada bahan GaAs memiliki perbedaan dalam distribusi konsentrasi elektronnya ketika dilakukan perubahan temperatur. Pada daerah katoda dan daerah dekat katoda konsentrasi elektronnya cenderung tetap. Hal tersebut menunjukkan bahwa konsentrasi elektron untuk daerah tersebut telah mencapai nilai yang maksimum. Sementara itu, pada daerah tengah 1 distribusi konsentrasi elektron menurun terhadap perubahan temperatur. Hal tersebut disebabkan karena peningkatan temperatur akan mengakibatkan konsentrasi elektron pada daerah mirip tipe-n meningkat, sehingga terjadi difusi elektron dari daerah mirip tipe-n ke daerah tipe-p akibat adanya perbedaan konsentrasi. Elektron yang berpindah akan meninggalkan hole pada daerah mirip tipe-n dan akhirnya akan berkumpul pada daerah tengah 1 sebagai pembawa muatan minoritas yang menyebabkan konsentrasi elektron turun. Pada daerah tengah 2 sesuai dengan teori, peningkatan temperatur menyebabkan peningkatan pada konsentrasi elektron. Hal tersebut terjadi karena peningkatan temperatur dapat meningkatkan energi termal pada bahan. Sehingga elektron akan mudah tereksitasi dari pita valensi ke pita konduksi. Untuk daerah dekat anoda dan anoda menunjukkan konsentrasi elektron yang relatif sama. Hal tersebut dipengaruhi oleh nilai Va digunakan konstan. Sehingga konsentrasi elektron yang dihasilkan dijaga agar tetap konstan atau relatif sama.