DETEKTOR SEMIKONDUKTORKELOMPOK 2:

Dwi Adhianto

Naeli Ni’matin A

Nur Paramita Nira M

Ali Roo’in Mas’ul

Iwan Setiyawan

Arnevia Mei Y

Mahfudz Fauzan

Syamsul Hidayah

Detektor semikonduktor terbuat dari bahan semikonduktor. Ada beberapa jenis bahan yaitu : high purity germanium, high purity silicon, lithium drifted germanium dan lithium drifted silicon

Ge (Germanium) dan Si (Silicon) memiliki elektron valensi 4, secara umum semuanya terikat dalam ikatan kovalen, sehingga seluruh pita valensi terisi penuh sedang pita konduksi kosong.

Detektor semikonduktor mempunyai beberapa keunggulan yaitu lebih efisien dibandingkan dengan detektor isian gas, karena terbuat dari zat padat, serta mempunyai resolusi yang lebih baik daripada detektor sintilasi.

PERBEDAAN TINGKAT ENERGI (ENERGI GAP)

Perbedaan tingkat energi antara pita valensi dan pita konduksi pada bahan isolator sangat besar sehingga tidak memungkinkan elektron untuk berpindah dari pita valensi ke pita konduksi (> 5 eV).Sedangkan pada bahan semikonduktor energi gapnya relatif kecil (< 3 eV) sehingga memungkinkan elektron untuk meloncat dari pita valensi ke pita konduksi bila mendapat tambahan energi.

Energi radiasi yang memasuki bahan semikonduktor akan diserap oleh bahan sehingga beberapa elektronnya dapat berpindah dari pita valensi ke pita konduksi. Bila diantara dua ujung bahan semikonduktor tersebut terdapat beda potensial maka akan terjadi aliran arus listrik.

Terdapat dua metode untuk meningkatkan kualitas arus listrik yang dihasilkan yaitu dengan :

menurunkan temperatur bahan semikonduktor agar konduktivitas listriknya lebih besar.

membuat hubungan atau sambungan semikonduktor agar dapat menahan terjadinya aliran pembawa muatan

PRINSIP KERJA DETEKTOR SEMIKONDUKTOR

• Pada suhu ruang sejumlah kecil elektron tereksitasi ke pita konduksi dan ada lubang di pita valensi.

• Lubang ini dapat diisi elektron dari atom sebelahnya maka seakan lubang ini dapat bergerak (tentu muatan positif inti atom tak berpindah).

• Untuk mengontrol konduksi di semikonduktor, sejumlah kecil bahan dari golongan III atau V yang dikenal sebagai doping diberikan pada bahan semikonduktor ini.

• Dengan adanya bahan doping gol. V maka ada atom dari doping ini yang kelebihan elektron (tak berpasangan). Elektron ini mudah tereksitasi ke pita konduksi. Bahan ini menjadi semikonduktor tipe N.

• Sebaliknya kalau doping dari golongan III maka atom doping hanya bervalensi 3 maka ada sebuah lubang yang mudah diisi oleh elektron dari pita valensi. Bahan ini menjadi semikonduktor tipe P.

Semikonduktor dengan doping dari golongan V (menjadi semikonduktor tipe N)

Semikonduktor dengan doping dari golongan III (menjadi semikonduktor tipe P)

Sambungan semikonduktor dibuat dengan menyambungkan semikonduktor tipe N dengan tipe P (PN junction). Kutub positif dari tegangan listrik eksternal dihubungkan ke tipe N sedangkan kutub negatifnya ke tipe P.

Pembawa muatan positif akan tertarik ke atas (kutub negatif) sedangkan pembawa muatan negatif akan tertarik ke bawah (kutub positif), sehingga terbentuk (depletion layer) lapisan kosong muatan pada sambungan PN.

Dengan adanya lapisan kosong muatan ini maka tidak akan terjadi arus listrik. Bila ada radiasi pengion yang memasuki lapisan kosong muatan ini maka akan terbentuk ion-ion baru, elektron dan lubang (hole), yang akan bergerak ke kutub-kutub positif dan negatif. Tambahan elektron dan hole inilah yang akan menyebabkan terbentuknya pulsa atau arus listrik yang sebanding dengan energi partikel radioaktif tersebut.

Sambungan semikonduktor jenis N dan P yang bertindak sebagai detektor semikonduktor.

Tampak bahwa di daerah deplesi ada medan listrik yang mencegah rekombinasi berikutnya.

Pada gambar bawah bias eksternal digunakan

• Pada prakteknya detektor semikonduktor dioperasikan dengan tegangan balik sekitar 1000~3000V

• Tegangan ini berfungsi untuk meningkatkan medan listrik menyebabkan pengumpulan muatan menjadi lebih efisien

• Fungsi lain adalah untuk memperlebar daerah deplesi

Kelebihan dan Kekurangan Kelebihan

• Detektor semikonduktor sangat teliti dalam membedakan energi radiasi yang mengenainya atau detektor semikonduktor mempunyai resolusi yang tinggi. Resolusi detektor adalah kemampuan detektor untuk membedakan energi radiasi yang berdekatan. Suatu detektor diharapkan mempunyai resolusi yang sangat kecil (high resolution) sehingga dapat membedakan energi radiasi secara teliti. Resolusi detektor disebabkan oleh peristiwa statistik yang terjadi dalam proses pengubahan energi radiasi, noise dari rangkaian elektronik, serta ketidak-stabilan kondisi pengukuran.

Kekurangan• harganya lebih mahal• pemakaiannya harus sangat hati-hati karena mudah rusak• beberapa jenis detektor semikonduktor harus didinginkan pada

temperatur Nitrogen cair sehingga memerlukan dewar yang berukuran cukup besar.

Pembuatan detektor semikonduktor

High purity Ge atau Si : penyimpanan bisa suhu kamar tetapi operasi pada suhu N2 cair untuk menekan noise.

Pembuatan Lithium drifted detector: Mulai dari sampel semikonduktor tipe P Li didifusikan ke salah satu ujungnya dengan reverse bias

dan sedikit penaikan temperatur maka Li masuk ke bahan itu. Ini menyebabkan tipe N

Ini menyebabkan daerah deplesi yang luas Detektor ini harus disimpan di suhu N2 cair agar Li tak

kembali keluar. Operasi juga harus dengan suhu N2 cair. Tebal daerah tipe n sekitar 1 mm.

Contoh Detektor Semikonduktor