4.2 UNDERSTANDING SEMICONDUCTOR DIODES

CREDIT : FIZIK MOZAC

9.2 Diod Semikonduktor
Semiconductor Diode

Aktiviti 1 / Activity 1: Aktiviti 2 / Activity 2:
Tujuan: Perbandingan konduktor, semikonduktor Tujuan: Huraikan ciri-ciri atom silicon
dan penebat Aim: Describe characteristics of a silicon atom
Aim: Comparison Between konduktor, semikonduktor
and Insulator 1. Namakan dua bahan semikonduktor tulen.
Name two pure semiconductor.
1. Lengkapkan jadual di bawah. …………………………………………………………
Complete the table below.
2. Berapakah elektron yang terdapat pada petala
Penebat Semi- Konduktor paling luar bagi satu atom silicon?
insulator konduktor conductor What is the value of electrons in the outermost
shell of a silicon atom?
Semi- ………………………………………………………….
conductor
3. Apa yang berlaku apabila setiap atom silicon
Contoh bahan berkongsi empat elektron valensnya dengan
Example of empat elektron valens dari atom-atom silicon
material yang lain?
What happen when each siicon atom share its
Pembawa cas four valence electrons with another four valence
Charge- electrons of other silicon atom?
carriers ………………………………………………………….
………………………………………………………….
Rintangan
Resistance 4. Terangkan mengapa pada suhu yang rendah
semikonduktor tulen menjadi penebat.
Kekonduksian Explain why at low temperature a pure silicon is
Elektrik an insulator.
Electricity …………………………………………………………
conductivity …………………………………………………………

2. Terangkan mengapa penebat tidak 5. Apa yang boleh dikatakan tentang rintangan
mengalirkan elektrik. semikonduktor pada suhu yang rendah?
Explain why insulator does not conduct electricity. What can you say about the resistance of the
semiconductor at low temperature?
……………………………………………………………… …………………………………………………………

………………………………………………………………

3. Terangkan mengapa konduktor mengalirkan
elektrik dengan baik.
Explain why konduktor is a good electric
conductor.

………………………………………………………………

………………………………………………………………

4. Definasikan semikonduktor.
Defination of Semiconductors:

6. Terangkan mengapa pada suhu yang tinggi 10. Nyatakan dua cara untuk meningkatkan
semikonduktor tulen menjadi konduktor. kekonduksian elektrik bagi semikonduktor.
Explain why at high temperature a pure silicon State two ways to increase the electricity
becomes a conductor. conductivity of a semiconductor.
………………………………………………………..
……………………………………………………….
11. Apakah proses pendopan?
………………………………………………………. What is doping process?

7. Apa yang boleh dikatakan tentang rintangan Aktiviti 3 / Activity 3
semikonduktor pada suhu yang rendah? Tujuan: Huraikan dua jenis semikonduktor
What can you say about the resistance of the Aim: Describe two types of semi-conductor
semiconductor at low temperature?
1. Rajah 9.2.3 menunjukkan pendopan
………………………………………………………… semikonduktor jenis-n. Lengkapkan jadual
di bawah.
8. Namakan dua jenis pembawa cas dalam Diagram 9.2.3 shows the doping of n-type
semikonduktor. semiconductor. Complete the table below.
Name two types of charge carriers in
semiconductor. 2. Apa itu semikonduktor jenis-n?
What is a n-type semiconductor?
……………………………………………………….
………………………………………………………………
9. Apa yang akan berlaku jika satu beza ………………………………………………………………
keupayaan dikenakan merentasi
semikonduktor seperti ditunjukkan dalam
Rajah 9.2.2?
What will happen if a potential difference is
applied across a semiconductor as shown in
Diagram 9.2.2?

Elektron bebas akan tertarik pada terminal ……….
Elektron daripada atom jiran ditolak untuk
mengisi ……………. dan proses ini menghasilkan
lohong yang lain yang seterusnya akan diisi oleh
…………… lain. Pergerakan elektron adalah
…………………. dengan arah ‘pergerakan lohong’.
Pergerakan elektron dan ‘lohong’ menyumbang
kepada pengaliran …………….
The free electrons are attracted to the …………
terminal. The valence electrons in the neighbouring
atoms are then pushed to occupy these ……….. but
in the process create other holes which will later be
occupied by other ……………
Movement of electrons is in the …………….. direction
as ‘movement of holes’. The movement of electrons
and ‘holes’ contribute to the flow of …………………

Lengkapkan jadual di bawah. 4. Lengkapkan jadual di bawah.
Complete the table below. Complete the table below.

Aspek Semikonduktor jenis-n Aspek Semikonduktor jenis-p
Aspect n-type Semiconductor Aspect p-type Semiconductor
Semikonduktor tulen Semikonduktor tulen
Pure semiconductor Pure semiconductor

Atom bendasing Atom bendasing
Impurity atom Impurity atom

Contoh bahan Contoh bahan
pendopan pendopan
Example of dopants Example of dopants
material material
Fungsi bahan Fungsi bahan
pendopan pendopan
Function of the Function of the
dopants material dopants material
Elektron valens
bahan pendopan Elektron valens
Valens electrons of the bahan pendopan
dopant material Valens electrons of the
Pembawa cas dopant material
majority Pembawa cas
Majority charge majority
carriers Majority charge
Pembawa cas carriers
minority Pembawa cas
Minority charge minority
carriers Minority charge
carriers
3. Rajah 9.2.4 menunjukkan pendopan 5. Apa itu semikonduktor jenis-p?
semikonduktor jenis-p.
Diagram 9.2.4 shows the doping of p-type What is a p-type semiconductor?
semiconductor. ………………………………………………………………

………………………………………………………………

………………………………………………………………

Aktiviti 4 / Activity 4 4. Rajah 9.2.7 menunjukkan penyatuan elektron
Tujuan: Huraikan diode semikonduktor bebas dengan lohong pada simpang yang
Aim: Describe semiconductor diodes menghasilkan lapisan susutan.
Diagram 9.2.7 shows the recombination of free
1. Apa itu diod? electrons and holes at the junction produces a
What is a diode? depletion layer.

………………………………………………………………
………………………………………………………………

2. Rajah 9.2.5 menunjukkan semikonduktor jenis (a) Apakah lapisan susutan?
p dan jenis-n. Apa akan berlaku apabila What is the depletion layer?
semikonduktor jenis-p dan jenis-n bercantum
bersebelahan? ………………………………………………………………
Diagram 9.2.5 shows a p-type and n-type
semiconductors. What happen when the p-type ………………………………………………………………
and the n-type semiconductors completely touch
each other on the sides? (b) Apakah fungsi lapisan susutan?
………………………………………………………… What is the function of depletion layer?

3. Rajah 9.2.6 menunjukkan simpang p-n. ………………………………………………………………
Diagram 9.2.6 shows a p-n junction.
………………………………………………………………
Apa yang berlaku pada simpang?
What happens at the junction? 5. Rujuk Rajah 9.2.7.
……………………………………………………………… Refer to Diagram 9.2.7.
………………………………………………………………
……………………………………………………………… i. Di simpang, apakah jenis ion yang
dihasilkan pada kawasan jenis-n yang
disebabkan oleh kehilangan elektron?
At the junction, what type of ions forms at the
n-type region due to lost of electrons?

…………………………………………………………...

ii. Apakah yang boleh ion-ion ini lakukan
kepada lohong daripada kawasan jenis-p
di sebelah kiri simpang?
What can these ions do to the holes from the
p-type region on the left side of the junction?

………………………………………………………….

…………………………………………………………

iii. Di simpang, apakah jenis ion yang
dihasilkan di kawasan jenis-p yang
disebaban oleh berlebihan elektron?
At the junction, what type of ions forms at the
p-type region due to an excess of electrons?

…………………………………………………………..

iv. Apakah yang boleh ion-ion ini lakukan Eksperimen 1 / Experiment 1
terhadap elektron daripada kawasan jenis- Tujuan; Memerhati arus mengalir melalui diod
n di sebelah kanan simpang? semikonduktor sewaktu pincang ke depan atau
What can these ions do to the electrons from pincang songsang.
the n-type region on the right side of the Aim: To observe current flow through a
junction?
semiconductor diode in forward bias or reverse
…………………………………………………………. bias
Radas: mentol, bekalan kuasa a.t, dawai
………………………………………………………….
penyambung, diod
v. Ini menghasilkan satu beza keupayaan Apparatus: light bulb, dc power supply, connecting
yang bertindak daripada jenis-n ke jenis-p
merentasi simpang. Namakan beza wires and diod.
keupayaan ini. 1. Katod satu diod disambung ke terminal –ve
This results in a potential difference acting
from the n-type to p-type material across the bekalan kuasa a.t. seperti dalam Rajah 9.2.9.
junction. Name the voltage. The cathode of the diode is connected to the –ve
terminal of the d.c. power supply as in Diagram
…………………………………………………………. 9.2.9.

vi. Berapakah nilai voltan merentasi simpang (a) Lukis rajah litar dalam ruangan di bawah.
bagi silicon dan germanium? Draw a circuit diagram in the space below.
What is the value of the voltage across the
junction for silicon and germanium? (b) Perhatikan kecerahan mentol.
Observe the brightness of the bulb.
…………………………………………………………. ………………………………………………………….

vii. Apakah fungsi voltan merentasi simpang 2. Katod satu diod disambung ke terminal +ve
ini? bekalan kuasa a.t. seperti dalam Rajah 9.2.10.
What is the function of the voltage across the The cathode of the diode is connected to the +ve
junction? terminal of the d.c. power supply as in Diagram
9.2.10
…………………………………………………………

…………………………………………………………

viii. Apakah syarat untuk arus elektrik
mengalir merentasi simpang p-n jika ia
disambungkan kepada bateri seperti
dalam Rajah 9.2.8?
What are the conditions for electric current to
flow across the p-n junction if it is connected
to a dry cell as shown in Diagram 9.2.8?

…………………………………………………………...

…………………………………………………………...

(a) Lukis rajah litar dalam ruangan di bawah.
Draw a circuit diagram in the space below.

(b) Perhatikan kecerahan mentol. (a) Nyatakan cara sambungan
Observe the brightness of the bulb. semikonduktor jenis-p dan jenis-n ke
terminal battery.
…………………………………………………………. State the way to connect the p-type and n-
type semiconductor to the terminals of the
Kesimpulan / Conclusion battery.
1. Perhatikan Rajah 9.2.9 dan Rajah 9.2.10.
………………………………………………………….
Observe Diagram 9.2.9 and Diagram 9.2.10.
Nyatakan perbezaan di antara: ………………………………………………………….
State the difference between:
(b) Bandingkan voltan bateri dengan voltan
(a) Sambungan diod itu simpang.
The connection of the diodes. Compare cell battery with junction cell.

………………………………………………………….. ………………………………………………………….

…………………………………………………………… (c) Huraikan gerakan elektron dan lohong di
dalam sambungan pincang ke depan.
(b) Kecerahan kedua-dua mentol Describe the movement of the electrons and
Brightness of the bulbs. holes in the forward biased connection.

………………………………………………………….. ………………………………………………………….

………………………………………………………….. ………………………………………………………….

2. Dalam keadaan yang manakah diod akan ………………………………………………………….
mengalirkan arus?
In which state will a diode conduct a current? ………………………………………………………….

……………………………………………………………… (d) Apa berlaku kepada lapisan susutan dan
rintangan diod?
……………………………………………………………… What happen to the depletion layer and the
diod resistance?
3. Terangkan fungsi diod.
Explain a function of diode. ………………………………………………………….

……………………………………………………………… ………………………………………………………….

………………………………………………………………

Aktiviti 5 / Activity 5
Tujuan; Huraikan pincang ke depan dan pincang
songsang
Aim: Explain forward biased and reverse biased

1. Rajah 9.2.11 menunjukkan sambungan diod
secara pincang ke depan.
Diagram 9.2.11 shows the forward biased diode
connection.

(e) Mengapa arus boleh mengalir melalui (d) Apa berlaku kepada lapisan susutan dan
diod dalam sambungan pincang ke rintangan diod?
depan? What happen to the depletion layer and the
Why current can flow through the diode in diode resistance?
the forward biased connection?
………………………………………………………….
………………………………………………………….
………………………………………………………….
………………………………………………………….
(e) Mengapa arus tidak boleh mengalir
…………………………………………………………. melalui diod dalam sambungan pincang
songsang?
…………………………………………………………. Why current cannot flow through the diode in
the reverse biased connection?
2. Rajah 9.2.12 menunjukkan sambungan diod
secara pincang ke depan. ………………………………………………………….
Diagram 9.2.12 shows the forward biased diode
connection. ………………………………………………………….

………………………………………………………….

………………………………………………………….

Eksperimen 2 / Experiment 2
Tujuan: Membina litar rektifikasi separuh
gelombang dan rektifikasi penuh gelombang.
Aim: To build a half-wave rectifier circuit and a full-
wave rectifier circuit.

1. Susun radas seperti dalam litar di Rajah 9.2.13.
Set up the apparatus as in the circuit shown in
Diagram 9.2.13.

(a) Nyatakan cara sambungan (a) Lukis isyarat input untuk arus ulang-alik.
semikonduktor jenis-p dan jenis-n ke Draw the input a.c current signal.
terminal battery.
State the way to connect the p-type and n-
type semiconductor to the terminals of the
battery.

………………………………………………………….

………………………………………………………….

(b) Bandingkan voltan bateri dengan voltan
simpang.
Compare cell battery with junction cell.

………………………………………………………….

(c) Huraikan gerakan elektron dan lohong di
dalam sambungan pincang songsang.
Describe the movement of the electrons and
holes in the reverse biased connection.

………………………………………………………….

………………………………………………………….

(b) Lukis isyarat output yang dipaparkan (a) Lukis isyarat input untuk arus ulang-alik.
pada skrin O.S.K. Draw the input a.c current signal.
Draw the output signal shown on the C.R.O
screen.

(b) Lukis isyarat output/Draw the output signal

(c) Terangkan mengapa isyarat output yang (a) Nyatakan arah arus dalam separuh kitar
dihasilkan seperti ditunjukkan di atas. pertama:
Explain why the output signal is produced as State the direction of current in the first half
shown above. cycle:
Dalam separuh kitar pertama:
in the first half cycle: ………………………………………………………………

……………………………………………………………… Nyatakan arah arus dalam separuh kitar
kedua:
……………………………………………………………… State the direction of current in the second
Dalam separuh kitar kedua: half cycle:
in the second half cycle:
………………………………………………………………
………………………………………………………………
(b) Nyatakan arah arus mengalir melalui
……………………………………………………………… perintang R bagi setiap separuh kitaran.
State the direction of current passing through
(d) Apakah peranan diod dalam litar resistance R for each hal of the cycle.
rektifikasi?
What is the function of diode in the ………………………………………………………………
rectification circuit?
Apakah inferens yang boleh dibuat
……………………………………………………………… mengenai arah arus ulang-alik?
What inference can be made about the
……………………………………………………………… direction of the alternate current?

2. Susun radas seperti dalam litar di Rajah 9.2.14. ………………………………………………………………
Set up the apparatus as in the circuit shown in
Diagram 9.2.14. ………………………………………………………………

3. Dengan menggunakan litar rektifikasi separuh 4. Dengan menggunakan litar rektifikasi penuh
gelombang yang dibina dalam soaan 1, gelombang yang dibina dalam soaan 2,
sambung suatu kapasitor secara selari dengan sambung suatu kapasitor secara selari dengan
perintang R seperti dalam Rajah 9.2.15. perintang R seperti dalam Rajah 9.2.17.
With the use of the half wave rectification circuit With the use of the full wave rectification circuit
built in question 1, connect a capasitor parallel to built in question 2, connect a capasitor parallel to
the resistance R as in Diagram 9.2.15. the resistance R as in Diagram 9.2.17.

(a) Apakah peranan kapasitor dalam litar (a) Lukis bentuk gelombang yang dihasilkan.
rektifikasi? Draw the wave form produced.
What is the function of capacitor in the
rectification circuit?

………………………………………………………………

(b) Terangkan dengan bantuan Rajah 9.2.16
bagaimana kapasitor digunakan untuk
meratakan arus.
Explain with the help of Diagram 9.2.16, how
a capacitor is used to smooth the current.

Kapasitor dicaskan kapasitor dinyahcaskan
Capacitor charge up capacitor

discharge

………………………………………………………………

………………………………………………………………

………………………………………………………………

(c) Lukis bentuk gelombang yang dihasilkan.
Draw the wave form produced.