Kelompok 5.pdf

ELEKTRON BEBAS GAS FERMI

Oleh : Lilik Ayumniyya Julinasari Amel Cristanti Saiful PENDIDIKAN FISIKA UNIVERSITAS NEGERI SURABAYA

.:: Energi Elekton Bebas dalam 1D ::. c

.:: Energi Elektron Bebas Dalam 3D ::.

STRUKTUR PITA DAN SIFAT LISTRIK BAHAN

PITA ENERGI DAN MASSA EFEKTIF

Semiconductors

Insulators

Metals

The concept of effective mass

Perbedaan isolator, semikonduktor, dan konduktor terletak pada energi gap (Eg).

energi elektron

.:: pita energi semikonduktor pada suhu rendah ::.



Pada suhu rendah, pita valensi adalah penuh, dan pita konduksi kosong.



Ingat bahwa pita yang penuh tidak dapat menghantarkan listrik, begitu juga dengan pita yang kosong



Pada suhu rendah, semikonduktor sebagai isolator

pita konduksi kosong

Energi gap

Pita valensi penuh

.::pita energi semikonduktor pada suhu kamar::.





  

Ketika e- pada pita valensi dipasok cukup energi, dapat membuat etransisi ke pita konduksi. Ketika elektron bertransisi, ia meninggalkan sebuah tempat elektron yang hilang. tempat elektron yang hilang ini disebut sebagai hole. Hole berperilaku sebagai pembawa muatan positif. besarnya muatan sama dengan elektron tetapi dengan tanda berlawanan.

Pita konduksi Kosong

Energi gap (Eg)

energi

e+- e+- e+- e+Pita Valensi penuh

.:: insulator ::. 

Besarnya pita gap menentukan perbedaan antara isolator, semikonduktor dan logam.



Mekanisme eksitasi termal tidak cara yang berguna untuk memindahkan elektron ke CB bahkan ketika suhu leleh tercapai dalam isolator.

CB

Eg ~ beberapa eV 

Bahkan medan listrik yang sangat tinggi juga tidak dapat membuat elektron melintasi pita gab di isolator.

VB

Pita gab yang lebar antara VB dan CB

.:: logam ::. 

Kedua pita terlihat seperti seolah-olah sebagian saling mengisi dan diketahui bahwa bagian yang saling mengisi dapat menghantarkan dengan yang baik.



Ini adalah alasan mengapa logam memiliki konduktivitas yang tinggi.



Tidak ada gab antara Pita Valensi dan Pita Konduksi

Konsep Massa Efektif: Perbandingan e- bebas dalam ruang hampa



Jika Medan listrik dengan besar sama pada elektron dalam ruang hampa dan di dalam kristal, elektron tersebut akan naik pada tingkat yang berbeda satu sama lain karena adanya potensial yang berbeda di dalam kristal.



Elektron dalam kristal harus mencoba untuk membuat jalan sendiri.



sehingga elektron dalam kristal memiliki massa yang berbeda dibandingkan dengan elektron pada ruang hampa.



massa ini disebut sebagai massa-efektif.

Dalam medan listrik m0 = 9.1 x 10-31 massa elektron bebas Sebuah e- dalam kristal

Dalam medan listrik Dalam kristal m=?

m*

massa efektif

.:: Apa ekspresi untuk m* 

 

Partikel elektron dan hole berperilaku sebagai gelombang dalam kondisi tertentu. Jadi harus mempertimbangkan panjang gelombang de Broglie untuk menghubungkan perilaku partikel dengan perilaku gelombang. partikel seperti elektron dan gelombang dapat di-difraksi dari kristal seperti Sinar X . momentum elektron tertentu tidak diperbolehkan oleh kisi kristal. Ini adalah asal dari celah pita energi.

n  2d sin

n = Urutan difraksi λ = Panjang gelombang sinar-X d = jarak antara pesawat θ = Sudut datang dari sinar X-ray

n = 2d

(1) Dengan cara persamaan (1) dan (2) e- momentum tidak diperbolehkan oleh kristal. Kecepatan elektron pada nilai-nilai momentum ini adalah nol.

gelombang berdiri

2 = k

adalah konstanta

Momentum

Energi

P = k

(2)

Energi dari elektron bebas dapat berhubungan dengan momentum

E=

P

2

2m

𝑃=

ℎ λ

massa e- bebas, m0

2 1 2 k2 h h E  2m  2 2m (2 ) 2 h = 2

E

2k 2 2m

k momentum

Energi dari e- bebas terkait dengan k

.:: Untuk mencari massa efektif, m* turunan dari energi terhadap k ;

dE  dk

2

k

m

- m * ditentukan oleh kelengkungan kurva Ek

2 d 2E  2 m dk

Perubahan m

m*



- m * berbanding terbalik dengan kelengkungan

* sebagai gantinya dari m

2 d

2

E dk

2

massa efektif dari elektron dalam kristal.