Generasi dan Rekombinasi

Proses generasi (timbulnya pasangan elektron-lubang per detik per meter kubik)
tergantung pada jenis bahan dan temperatur. Energi yang diperlukan untuk proses
generasi dinyatakan dalam elektron volt atau eV. Energi dalam bentuk temperatur T
dinyatakan dengan kT, dimana k adalah konstanta Boltzmann. Analisa secara statistik
menunjukkan bahwa probabilitas sebuah elektron valensi menjadi elektron bebas adalah
sebanding dengan . Jika energi gap eVG berharga kecil dan temperatur T tinggi
maka laju generasi termal akan tinggi.
Pada semikonduktor, elektron atau lubang yang bergerak cenderung
mengadakan rekombinasi dan menghilang. Laju rekombinasi (R), dalam pasangan
elektron-lubang per detik per meter kubik, tergantung pada jumlah muatan yang ada.
Jika hanya ada sedikit elektron dan lubang maka R akan berharga rendah; sebaliknya R
akan berharga tinggi jika tersedia elektron dan lubang dalam jumlah yang banyak.
Sebagai contoh misalnya pada semikonduktor tipe-n, didalamnya hanya tersedia sedikit
lubang tapi terdapat jumlah elektron yang sangat besar sehingga R akan berharga sangat
tinggi. Secara umum dapat dituliskan:
R = r n p
dimana r menyatakan konstanta proporsionalitas bahan.
Dalam kondisi setimbang, besamya laju generasi adalah sama dengan besarnya
laju rekombinasi. Pada semikonduktor murni (silikon atau germanium) berlaku

atau dengan kata lain perkalian konsentrasi elektron dan lubang menghasilkan suatu
konstanta, jika salah satu dinaikkan (melalui proses doping), yang lain harus berkurang.
Bahan Semikonduktor 61
Jika kita menambanhkan atom pengotor pada semikonduktor murni, praktis semua atom
donor atau aseptor terionisasi pada suhu ruang. Pada semikonduktor tipe-n, konsentrasi
atom donor ND>> ni, dengan konsentrasi elektron sebesar

Dengan demikian konsentrasi lubang akan menjadi mengecil, yaitu sebesar

Dengan cara yang sama pada semikonduktor tipe-p berlaku

dimana