Semikonduktor tulen seperti silikon mengalirkan arus hanya sedikit, terletak antara konduktor yang baik dan penebat. Pengedopan bermaksud menambah secara sengaja sedikit unsur lain untuk mengubah cara ia membawa arus.
Menambah unsur dengan elektron luar berlebihan menghasilkan bahan jenis-n, yang mengalirkan arus menggunakan elektron bebas tambahan yang membawa cas negatif. Menambah unsur yang kekurangan elektron menghasilkan bahan jenis-p, yang mengalirkan arus menggunakan lohong, iaitu kedudukan yang kehilangan elektron, bertindak seperti pembawa cas positif. Walaupun sedikit dopan, ia membuat perbezaan yang besar.
Dengan mencantum bahan jenis-n dan jenis-p, jurutera membina komponen yang menggerakkan elektronik moden: satu simpang membentuk diod, dan lapisan tiga bahan membentuk transistor.
Dalam SPM, anda patut memerihalkan semikonduktor jenis-n dan jenis-p dari segi elektron bebas dan lohong, serta mengenalinya sebagai asas diod dan transistor.
Salah faham biasa
- Pengedopan menambah bendasing dalam jumlah besar -> Hanya jumlah kecil yang terkawal ditambah, namun ia mengubah pengaliran dengan banyak.
- Bahan jenis-n bercas negatif secara keseluruhan -> Ia neutral secara elektrik; jenis-n hanya bermakna pembawa casnya ialah elektron bebas.
- Lohong ialah zarah sebenar yang bergerak -> Lohong ialah elektron yang hilang; elektron berdekatan beralih mengisinya, kelihatan seperti cas positif bergerak.
Fizik di sebaliknya
Silikon tulen (intrinsik) ialah semikonduktor: setiap atom berkongsi empat elektron luar (valens) dalam ikatan dengan jirannya, meninggalkan amat sedikit pembawa cas bebas, jadi ia mengalirkan arus dengan lemah. Pengedopan sengaja menggantikan beberapa atom silikon dengan atom yang mempunyai bilangan elektron valens berbeza, dan pembawa cas yang terhasil menentukan jenisnya.
Atom seperti fosforus mempunyai lima elektron valens. Empat termuat dalam ikatan; yang kelima tertinggal sebagai elektron bebas yang membawa cas negatif.
Silikon yang didop begini ialah jenis-n. Atom seperti boron hanya mempunyai tiga elektron valens, jadi satu ikatan tertinggal dengan kekosongan yang dipanggil lohong, yang bertindak sebagai pembawa cas positif.
Silikon yang didop begini ialah jenis-p.
Perkadaran dopan amat kecil namun menaikkan kekonduksian dengan sangat banyak, kerana ia menambah pembawa bergerak di tempat yang hampir tiada pada silikon intrinsik. Dalam kedua-dua jenis-n dan jenis-p, bahan kekal neutral secara elektrik keseluruhannya: menambah satu elektron tambahan turut menambah satu proton tambahan dalam nukleus dopan, jadi cas kekal seimbang.
Lihat dalam kehidupan harian
Malaysia mempunyai industri semikonduktor dan pemasangan cip yang besar, dengan kilang di tempat seperti Pulau Pinang dan Kulim di Kedah. Cip silikon yang mereka pasang semuanya bermula sebagai silikon amat tulen yang kemudian didop, kawasan demi kawasan, untuk membina diod dan transistor kecil di dalam setiap telefon dan komputer riba.
Cara mudah membayangkan pengedopan ialah sebuah dewan sekolah yang penuh. Silikon intrinsik umpama dewan dengan setiap kerusi diduduki dan tiada siapa boleh bergerak, jadi tiada aliran orang.
Tambah beberapa orang tanpa kerusi (elektron bebas), kini pergerakan mungkin: itulah jenis-n. Sebaliknya, keluarkan beberapa orang supaya ada kerusi kosong (lohong), dan yang lain beralih mengisinya, jadi kerusi kosong itu kelihatan bergerak ke arah bertentangan: itulah jenis-p.
Oleh sebab kilang boleh mengawal dengan tepat di mana dan sebanyak mana setiap kawasan didop, ia boleh meletakkan berjuta kawasan jenis-n dan jenis-p pada satu wafer dan mendawaikannya menjadi litar berfungsi. Alat harian di sekeliling anda wujud kerana pengedopan menukar hablur yang hampir tidak mengalirkan arus menjadi sesuatu yang pengalirannya boleh direka bentuk.
Bagaimana ia muncul dalam SPM
Dalam Kertas 2, pengedopan diuji dengan kata perintah huraikan, terangkan dan nyatakan. Anda mungkin diminta menyatakan apa itu bahan jenis-n dan jenis-p, menghuraikan cara pengedopan mengubah kekonduksian semikonduktor, atau menerangkan perbezaan antara kedua-dua jenis dari segi pembawa cas majoriti.
Dalam bab Elektronik, pengedopan ialah asas yang menyokong standard kandungan berjiran. Ia membawa terus kepada simpang p-n dan diod semikonduktor, di mana kawasan jenis-n dan jenis-p bertemu, serta penggunaan diod dalam rektifikasi.
Ia kemudian menyokong transistor, iaitu tiga lapisan terdop, dan kegunaannya sebagai suis dan penguat.
Keperluan lazim ialah menghubungkaitkan jenis dopan dengan sama ada pengaliran berlaku melalui elektron bebas atau lohong, dan menyatakan dengan jelas bahawa bahan terdop kekal neutral keseluruhannya. Berhati-hati memerihalkan lohong sebagai elektron yang hilang, bukan zarah sebenar, dan mengekalkan jumlah dopan sebagai amat kecil.
Sumber: DSKP KSSM Physics Form 4 and 5 (Versi English) (Bahagian Pembangunan Kurikulum (BPK), KPM)