Makalah SEMIKONDUKTOR
SEMIKONDUKTOR
Makalah Ini Dibuat Guna Memenuhi Tugas Mata Kuliah
Elektronika Dasar II
Dosen
Pengampu : Alimatu Fatmawati, M.Pd.
Disusun
oleh : Kelompok II
Anggota : - Dewi Astuti
- Dewi
Lestari
- Lisa
Mariantika
-
Wahyu Siswanto
Program
Studi : Pendidikan Fisika
Semester : IVA
Mata
Kuliah : Elektronika Dasar II
SEKOLAH
TINGGI KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN
STKIP
NURUL HUDA
SUKARAJA
BUAY MADANG OKU TIMUR
2013
KATA PENGANTAR
Puji syukur kami panjatkan kehadirat ALLAH SWT,
karena berkat Rahmat dan Hidayah-Nya, kami dapat menyelesaikan makalah yang
berjudul “Semikonduktor” ini, meskipun masih banyak kekurangan.
Makalah ini kami buat untuk menambah wawasan dan
pengetahuan bagi peserta diskusi pada khususnya dan bagi pembaca pada umumnya. kami
mengucapkan terima kasih untuk semua pihak yang telah membantu kami, sehingga
makalah ini dapat terselesaikan. Tidak lupa kami juga mengucapkan terima kasih
kepada dosen pengampu mata kuliah “Elektronika Dassar II’’, Alimatu Fatmawati,
M.Pd. yang telah memberikan bimbingan dan saran yang berharga dalam penyusunan
makalah ini sehingga dapat terselesaikan dengan baik.
Kami
menyadari bahwa makalah ini masih jauh dari sempurna, hal ini dari segi
penyusunan maupun dari segi materi. “Tidak ada gading yang tak retak”, demikian
pula dengan makalah ini. Oleh karena itu, kami sangat mengharapkan setiap
kritik dan saran yang bersifat membangun, yang dapat memperbaiki dan
menyempurnakan makalah ini.
Sukaraja, Maret 2013
Penyusun
DAFTAR
ISI
HALAMAN JUDUL......................................................................................... i
KATA PENGGANTAR.................................................................................... ii
DAFTAR ISI...................................................................................................... iii
BAB I PENDAHULUAN.............................................................................. .. 1
1.1 Latar
Belakang............................................................................... 1
1.2 Rumusan
Masalah.......................................................................... 2
1.3 Tujuan
Makalah............................................................................. 2
BAB
II PEMBAHASAN.................................................................................. 3
2.1 Pengertian Semikonduktor............................................................ 3
2.2 Prinsip Dasar Semikonduktor........................................................ 4
2.3 Susunan Atom Semikonduktor...................................................... 4
2.4 Doping Semikonduktor................................................................. 5
2.5 Bahan dasar semikonduktor.......................................................... 6
2.6
Cara Kerja Semikonduktor............................................................ 9
2.7 Macam-Macam Semikonduktor..................................................... 11
2.8
Alat Semikonduktor........................................................................ 13
BAB III PENUTUP........................................................................................... 18
3.1 Kesimpulan
................................................................................. .. 18
3.2
Saran............................................................................................ .. 18
DAFTAR
PUSTAKA........................................................................................ 19
BAB
I
PENDAHULUAN
1.1
Latar
Belakang
Apabila kita
berbicara tentang elektronika maka tidak akan lepas dari semikonduktor. Memang
pada awal kelahirannya elektronika didefenisikan sebagai cabang ilmu listrik
yang mempelajari pergerakan muatan didalam gas ataupun vakum. Penerapannya
sendiri juga menggunakan komponen-komponen yang utamanya memanfaat keduamedium
ini, yang dikenal sebagai Vacuum Tube. Akan tetapi sejak ditemukannya
transistor, terjadi perubahan tren dimana penggunaan semikonduktor sebagai
pengganti material komponen semakin populer dikalangan praktisi
elektronika. Puncaknya adalah saat ditemukannya Rangkaian Terpadu (Integrated Circuit ) pada akhir
dekade 50-an yang telah menyederhanakan berbagai rangkaian yang sebelumnya
berukuran besar menjadi sangat kecil. Selain itu penggunaan material
semikonduktor juga memberikan fleksibilitas dalam penerapannya.
Material semikonduktor, seperti juga material-material
lainnya terdiri atas atom-atom yang berukuran sangat kecil. Atom-atom ini
terdiri atas nukleus (inti) yang dikelilingi oleh sejumlah elektron. Nukleus
sendiri terdiri atas neutron dan proton. Proton bermuatan positif, elektron bermuatan
negatif, sedangkan neutron netral. Elektron-elektron yang mengelilingi nukleus
ini tersebar pada beberapa lapisan kulit dengan jarak tertentu dari
nukleus, dimana energinya semakin meningkat seiring dengan meningkatnya jarak
dari setiap lapisan kulit terhadap nukleus. Elektron pada lapisan terluar
disebut elektron valensi. Aktifitas kimiawi dari sebuah unsur terutama
ditentukan oleh jumlah elektron valensi ini.
Dalam perkembanganya
semikonduktor menjadi bahan yang sangat penting, terutama dalam dunia
ektronika. Semikonduktor merupakan
elemen dasar dari
komponen elektronika seperti dioda,
transistor dan IC (Integrated
Circuit).
1.2
Rumusan
Masalah
Adapun rumusan masalah dari makalah
ini adalah sebagai berikut:
1.
Apakah
pengertian semikonduktor?
2.
Apa prinsip dasar
semikonduktor?
3.
Bagaimana
susunan atom dan doping semikonduktor?
4.
Apa saja
bahan dasar semikonduktor?
5.
Bagaimana
cara kerja semikonduktor?
6.
Apa saja macam-macam
semikonduktor?
7.
Alat
semikonduktor?
1.3 Tujuan
Tujuan
dari makalah ini agar peserta diskusi atau pembaca dapat mengetahui:
1.
Apa itu
semikonduktor
2.
Prinsip dasar
semikonduktor
3.
Susunan atom
dan doping semikonduktor
4.
Bahan dasar
dan cara kerja semikonduktor
5.
Terjadinya semikonduktor
ekstrinsik tipe n da tipe p
6.
Alat-alat
dari semikonduktor
BAB
II
PEMBAHASAN
2.1 Pengertian Semikonduktor
a. Pengertian Umum
Disebut semikonduktor atau
setengah konduktor, karena bahan ini memang bukan konduktor murni. Bahan
ini sifatnya berada diantara insulator dan konduktor. Bahan-bahan logam seperti
tembaga, besi, timah disebut sebagai konduktor yang baik sebab logam memiliki
susunan atom yang sedemikian rupa, sehingga elektronnya dapat bergerak bebas.
b.
Pengertian Khusus
Semikonduktor adalah sebuah bahan
dengan konduktivitas listrik yang berada diantara insulator dan konduktor.
Sebuah semikonduktor bersifat sebagai insulator pada temperatur yang sangat
rendah, namun pada temperatur ruangan besifat sebagai konduktor. (K. Muller
1986).
Konduktivitas listrik adalah
ukuran dari kemampuan suatu bahan untuk menghantarkan arus listrik. Jika suatu beda potensial listrik ditempatkan
pada ujung- ujung sebuah konduktor, muatan-muatan bergeraknya
akan berpindah, menghasilkan arus listrik. Konduktivitas listrik (σ)
didefinsikan sebagai ratio dari rapat arus (J) terhadap kuat medan
listrik (E):
Pada beberapa jenis bahan
dimungkinkan terdapat konduktivitas listrik yang anisotropik. Lawan dari
konduktivitas listrik adalah resistivitas listrik atau biasa disebutsebagai
resistivitas saja, yaitu:
Insulator adalah materi yang
dapat mencegah penghantaran panas, ataupun muatan listrik. Lawan dari insulator,
adalah konduktor, yaitu materi yang dapat
menghantar panas untuk sejenis polimer, silikone.
2.2 Prinsip Dasar
Semikonduktor
Semikonduktror mempunyai sifat kekonduksian diantara
konduktor dan isolator. Contoh bahan semikonduktror ialah Silikon, Germanium,
Plumbum Sulfida, Gallium Arsenida, Indium Antimi dadan Selenium. Bahan-bahan
yang mempunyai sifat semikonduktif memiliki nilai hambatan jenis (ρ) antara
konduktor dan isolator yaitu 10-6 - 104 ohm. Medan konduktivitas
sebesar 10-6 - 104 ohm-2 m-2 dengan
energi gap yang lebih kecil dari 6 eV. Energi gap adalah energi yang diperlukan
oleh elektron untuk memecahkan ikatan kovalen sehingga dapat berpindah
jalur dari jalur valensi ke jalur konduksi. Bahan dasar semikonduktor dapat
dibedakan menjadi tiga jenis, yaitu:
-
Trivalent, memiliki atom dengan jumlah electron
valensi 3 buah, contoh: Boron (B), Gallium (Ga), dan Indium (In) .
-
Tetravalent, memiliki atom dengan jumlah electron
valensi 4 buah seperti: Silikon (Si), dan Germanium (Ge).
-
Pentavalent, memiliki atom dengan jumlah electron
valensi 5 buah, contoh: Fosfor (P), Arsenikum (As), dan Antimon (Sb).
2.3 Susunan Atom Semikonduktor
Bahan semikonduktor
yang banyak dikenal contohnya adalah Silicon (Si),Germanium (Ge) dan Galium
Arsenida (GaAs). Germanium dahulu adalah bahan satu-satunya yang dikenal untuk
membuat komponen semikonduktor. Namun belakangan,silikon menjadi popular
setelah ditemukan cara mengekstrak bahan ini dari alam. Silikonmerupakan bahan
terbanyak ke dua yang ada dibumi setelah oksigen (O2).
Struktur
atom kristal silikon, satu inti atom (nucleus) masing-masing memiliki 4 elektron
valensi. Ikatan inti atom yang stabil adalah jika dikelilingi oleh 8 elektron, sehingga
4 buah elektron atom kristal tersebut membentuk ikatan kovalen dengan ion-ion
atom tetangganya pada suhu yang sangat rendah (0°K). Struktur atom silikon divisualisasikan
seperti pada gambar berikut:
Ikatan
kovalen menyebabkan elektron tidak dapat berpindah dari satu inti atom keinti
atom yang lain. Pada kondisi demikian, bahan semikonduktor bersifat isolator
karena tidak ada elektron yang dapat berpindah untuk menghantarkan listrik.
Pada suhu kamar, ada beberapa ikatan kovalen yang lepas karena energi panas,
sehingga memungkinkan elektron terlepas dari ikatannya. Namun hanya beberapa
jumlah kecil yang dapat terlepas, sehingga tidak memungkinkan untuk menjadi
konduktor yang baik.
Ahli-ahli
fisika terutama yang menguasai fisika quantum pada masa itu mencoba memberikan
doping pada bahan semikonduktor ini. Pemberian doping dimaksudkan untuk
mendapatkan elektron valensi bebas dalam jumlah lebih banyak dan permanen, yang
diharapkan akan dapat menghantarkan listrik.
2.4 Doping
Semikonduktor
Salah
satu alasan utama kegunaan semikonduktor dalam elektronik adalah sifat elektroniknya dapat diubah banyak
dalam sebuah cara terkontrol dengan menambah sejumlah kecil ketidakmurnian.
Ketidak murnian ini disebut dopant.
Doping sejumlah
besar ke semikonduktor dapat meningkatkan konduktivitasnya dengan faktor lebih
besar dari satu milyar. Dalam sirkuit terpadu modern, misalnya, polycrystalline
silicon didop-berat seringkali digunakan sebagai pengganti logam. (J.G.Bednarz
1986).
Doping
dalam produksi semikonduktor, doping menunjuk ke proses yang bertujuan menambah
ketidakmurnian (impuritya) kepada semikonduktor sangat murni (juga disebut intrinsik)
dalam rangka mengubah sifat listriknya. Ketidakmurnian ini tergantung
dari jenis semikonduktor. Pemberian doping dimaksudkan untuk mendapatkan
elektron valensi bebas dalam jumlah lebih banyak dan permanen, yang diharapkan
akan dapat mengahantarkan listrik.
Beberapa dopant biasanya
ditambahkan ketika boule ditumbuhkan, memberikan setiap wafer doping awal yang hampir
seragam. Untuk membedakan unsur sirkuit, wilayah terpilih (biasanya dikontrol
oleh photolithografi) didop lebih
lanjut dengan Proses difusi atau implantasi ion, metode kedua
lebih populer dalam produksi skala besar karena kemudahan pengontrolannya.
Jumlah atom dopant yang
dibutuhkan untuk menciptakan sebuah perbedaan dalam kemampuan sebuah
semikonduktor sangat kecil. Bila sejumlah kecil atom dopant ditambahkan (dalam
order 1 setiap 100.000.000 atom), doping ini disebut rendah atau ringan. Ketika
lebih banyak atom dopant ditambahkan (dalam order 10.000) doping ini disebut
sebagai berat atau tinggi. Hal ini ditunjukkan sebagai n- untuk
dopant tipe-n atau p+ untuk doping tipe-p.
2.5 Bahan dasar semikonduktor
a.
Persiapan bahan semikonduktor
Semikonduktor dengan properti
elektronik yang dapat diprediksi dan handal diperlukan untuk produksi massa. Tingkat
kemurnian kimia
yang diperlukan sangat tinggi karena adanya
ketidaksempurnaan, bahkan dalam proporsi sangat kecil dapat memiliki efek besar
pada properti dari material. Kristal dengan tingkat kesempurnaan yang tinggi
juga diperlukan, karena kesalahan dalam struktur kristal (seperti di slokasi, kembaran, dan retak tumpukan) menganggu
properti semikonduktivitas dari material. Retakan kristal merupakan penyebab
utama rusaknya perangkat semikonduktor. Semakin besar kristal, semakin sulit
mencapai kesempurnaan yang diperlukan. Proses produksi massa saat ini
menggunakan ingot (bahan dasar) kristal dengan
diameter antara 4 – 12 inci (± 30 cm) yang ditumbuhkan sebagai silinder
kemudian di iris menjadi wafer .
Karena diperlukannya tingkat
kemurnian kimia dan kesempurnaan struktur kristal untuk membuat perangkat
semikonduktor, metode khusus telah dikembangkan untuk memproduksi bahan
semikonduktor awal. Sebuah teknik untuk mencapai kemurnian tinggi termasuk
pertumbuhan kristal menggunakan proses Czochralski. Langkah tambahan yang
dapat digunakan untuk lebih meningkatkan kemurnian dikenal sebagai perbaikan zona. Dalam perbaikan zona, sebagian dari
kristal padat dicairkan. Impuritas cenderung berkonsentrasi di daerah yang dicairkan,
sedangkan material yang diinginkan mengkristal kembali sehingga menghasilkan
bahan lebih murni dan kristal dengan lebih sedikit kesalahan.
b.
Macam-macam Badan Semikonduktor
dan Penggunaannya
No
|
Nama Semikonduktor
|
Penggunaannya
|
1
|
Barium Titinate (Ba Ti)
|
Termistor (PTC)
|
2
|
Bismut Telurida (Bi2 Te3)
|
Konversi termo elektrik
|
3
|
Cadmium sulfide (Cd S)
|
Sel Fotokonduktif
|
4
|
Gallium arsenide (Ga As)
|
Dioda, transistor, laser,
led, generator gelombang dan Mikro
|
5
|
Germanium (Ge)
|
Diode dan transistor
|
6
|
Indium antimonida (In Sb)
|
Magnetoresistor,
piezoresistor detektor dan radiasi inframerah
|
7
|
Indium arsenida (In As)
|
Piezoresistor
|
8
|
Silikon (Si)
|
Diode, transistor dan IC
|
9
|
Silikon Carbida (Si Cb)
|
Varistor
|
10
|
Seng Sulfida (Zn S)
|
Perangkat penerangan
elektro
|
11
|
Germanium Silikon (Ge Si)
|
Pembangkitan termoelektrik
|
12
|
Selenium (Se)
|
Rectifier
|
13
|
Aluminium Stibium (Al Sb)
|
Diode penerangan
|
14
|
Gallium pospor (Ga P)
|
Diode penerangan
|
15
|
Indium pospor (In P)
|
Filter inframerah
|
16
|
Tembaga Oksida
|
Rectifier
|
17
|
Plumbun Sulfur (Pb S)
|
Foto sel
|
18
|
Plumbun Selenium (Pb Se)
|
Foto sel
|
19
|
Indium Stibium (In Sb)
|
Detektor inframerah, filter
inframerah dan generator Hall
|
Silikon adalah suatu unsur
kimia dalam tabel
periodik yang memiliki lambang Si dan
nomor atom 14, merupakan unsur terbanyak kedua di bumi. Senyawa yang dibentuk bersifat paramagnetik. Unsur kimia ini ditemukan oleh (Jons Jakob Berzelius 1923). silikon
hampir 25,7% mengikut berat. Biasanya dalam bentuk silikon dioksida (silika) dan
silikat. Silikon sering digunakan untuk membuat serat optik dan dalam
operasi plastik digunakan untuk mengisi bagian tubuh pasien dalam bentuk
silikon.
2.6 Cara Kerja Semikonduktor
Dalam kinerja semikonduktor kami
mengambil transistor sebagai contoh dari cara kerja semikonduktor.
Pada dasarnya, transistor dan
tabung vakum memiliki fungsi yang serupa; keduanya mengatur jumlah aliran arus
listrik. Untuk mengerti cara kerja semikonduktor, misalkan sebuah gelas berisi air murni. Jika sepasang konduktor
dimasukan kedalamnya, dan diberikan tegangan DC tepat dibawah tegangan elektrolisis (sebelum air berubah menjadi Hidrogen dan Oksigen), tidak akan ada arus
mengalir karena air tidak memiliki pembawa muatan (chargecarriers). Sehingga
air murni dianggap sebagai isolator . Jika sedikit
garam dapur dimasukan ke dalamnya, konduksi arus akan mulai mengalir,
karena sejumlah pembawa muatan bebas (mobile carriers, ion) terbentuk. Menaikan konsentrasi garam akan meningkatkan konduksi,
namun tidak banyak. Garam dapur sendiri adalah non-konduktor (isolator ), karena
pembawa muatanya tidak bebas.
Silikon murni sendiri adalah sebuah
isolator, namun jika sedikit pencemar ditambahkan, seperti Arsenik, dengan sebuah proses yang dinamakan doping, dalam jumlah yang cukup
kecil sehingga tidak mengacaukan tata letak kristal silikon, Arsenik akan
memberikan electron bebas dan hasilnya memungkinkan terjadinya konduksi arus listrik.
Ini karena Arsenik memiliki 5 elektron valensi di orbit terluarnya, sedangkan
Silikon hanya 4 elektron valensi. Konduksi terjadi karena pembawa muatan bebas
telah ditambahkan (oleh kelebihan elektron dari Arsenik). Dalam kasus ini,
sebuah Silikon tipe-n (n untuk negatif, karena pembawa muatannya adalah
elektron yang bermuatan negatif) telah terbentuk.
Selain dari itu, silikon dapat
dicampur dengan Boron untuk membuat
semikonduktor tipe-p. Karena Boron hanya memiliki 3 elektron valensi di
orbit paling luarnya, pembawa muatan yang baru, dinamakan "lubang"
(hole, pembawa muatan positif), akan terbentuk di dalam tata letak kristal
silikon.
Dalam tabung hampa, pembawa
muatan (elektron) akan dipancarkan oleh emisi thermionic dari sebuah katode yang dipanaskan oleh kawat
filamen. Karena itu, tabung hampa tidak bisa membuat pembawa muatan positif
(hole).
Dapat disimak bahwa pembawa
muatan yang bermuatan sama akan saling tolak-menolak, sehingga tanpa adanya
gaya yang lain, pembawa-pembawa muatan ini akan terdistribusi secara merata di
dalam materi semikonduktor. Namun di dalam sebuah transistor bipolar (atau diode
junction) dimana sebuah semikonduktor tipe-p dan sebuah semikonduktor tipe-n
dibuat dalam satu keping silikon, pembawa-pembawa muatan ini cenderung
berpindah ke arah sambungan P-N tersebut (perbatasan antara semikonduktor tipe-p
dan tipe-n), karena tertarik oleh muatan yang berlawanan dari seberangnya.
Kenaikan dari jumlah pencemar
(doping level) akan meningkatkan konduktivitas dari materi semikonduktor,
asalkan tata-letak kristal silikon tetap dipertahankan. Dalam sebuah transistor
bipolar, daerah terminal emiter memiliki jumlah doping yang lebih besar
dibandingkan dengan terminal basis. Rasio perbandingan antara doping emiter
dan basis adalah satu dari banyak faktor yang menentukan sifat penguatan
arus (current gain) dari transistor tersebut.
Jumlah doping yang diperlukan
sebuah semikonduktor adalah sangat kecil, dalam ukuran satu berbanding seratus
juta, dan ini menjadi kunci dalam keberhasilan semikonduktor. Dalam sebuah
metal, populasi pembawa muatan adalah sangat tinggi; satu pembawa muatan untuk
setiap atom.
2.7
Macam-Macam Semikonduktor
a. Semikonduktor
Intrinsik
Semikonduktor
intrinsik merupakan semikonduktor murni tanpa adanya bahan pengotor. Silikon dan
Germanium merupakan dua jenis semikonduktor yang sangat penting dalam elektronika.
Keduanya terletak pada golongan IVA dalam tabel periodik dan mempunyai elektron
valensi empat. Struktur kristal silikon dan germanium berbentuk tetrahedral dengan
setiap atom memakai bersama sebuah elektron valensi dengan atom-atom tetangganya.
Energi yang
diperlukan untuk memutus sebuah ikatan kovalen adalah sebesar 1,1 eV untuk
silikon dan 0,7 eV untuk germanium. Pada temperatur ruang (300K), sejumlah
elektron mempunyai energi yang cukup besar untuk melepaskan diri dari ikatan
dan tereksitasi dari pita valensi ke pita konduksi menjadi elektron bebas. Besarya
energi yang diperlukan untuk melepaskan elektron dari pita valensi kepita
konduksi ini disebut energi terlarang (energy gap). Jika sebuah ikatan
kovalent terputus, maka akan terjadi kekosongan atau lubang (hole). Pada
daerah dimana terjadi kekosongan akan terdapat kelebihan muatan positif, dan
daerah yang ditempati electron bebas mempunyai kelebihan muatan negatif. Kedua
muatan inilah yang memberikan kontribusi adanya aliran listrik pada
semikonduktor murni. Jika elektron valensi dari ikatan kovalen yang lain
mengisi lubang tersebut, maka akan terjadi lubang baru ditempat yang lain dan
seolah-olah sebuah muatan positif bergerak dari lubang yang lama ke lubang
baru.
Proses
aliran muatan ini, yang biasa disebut sebagai “arus drift” dapat
dituliskan sebagai berikut “Peristiwa hantaran listrik pada semikonduktor
adalah akibat adanya dua partikel masing-masing bermuatan positif dan negatif
yang bergerak dengan arah yang berlawanan akibat adanya pengaruh medan listrik”.
Akibat adanya dua pembawa muatan tersebut, besarnya rapat arus dinyatakan
sebagai konduktivitas. Karena timbulnya lubang dan elektron terjadi secara
serentak, maka pada semikonduktor murni, besar energi yang dibutuhkan untuk
membentuk pasangan elektron dan hole pada semikonduktor intrinsik ditentukan
oleh jarak celah energi antara pita valensi dengan pita konduksi semakin jauh
jaraknya maka semakin besar energi yang dibutuhkan untuk membentuk elektron –
hole sebagai pembawa muatan.
b.
Semikonduktor Ekstrinsik
Semikonduktor ekstrinsik adalah
semikonduktor yang prosesnya melalui proses pendopingan atau pengotoran bahan
atom tertentu pada bahan semikondultor untuk menaikkan daya hantar
semikonduktor. Terdapat dua tipe dalam semikonduktor ekstrinsik yaitu
semikonduktor tipe n dan
semikonduktor tipe p.
1.
Semikonduktor
tipe n
Semikonduktor tipe n dapat dibuat dengan
menambahkan sejumlah kecil atom pengotor pentavalent pada silikon murni.
Atom-atom pengotor (dopan) ini mempunyai lima elektron valensi sehingga secara
efektif memiliki muatan sebesar +5q. Saat sebuah atom pentavalent menempati
posisi atom silikon dalam kisi kristal, hanya empat elektron valensi yang dapat
membentuk ikatan kovalent lengkap, dan tersisa sebuah elektron yang tidak
berpasangan. Dengan adanya energi thermal yang kecil saja, sisa elektron ini
akan menjadi electron bebas dan siap menjadi pembawa muatan dalam proses
hantaran listrik. Material yang dihasilkan dari proses pengotoran ini disebut
semikonduktor tipe-n, karena
menghasilkan pembawa muatan negatif dari kristal yang netral. Dan karena atom
pengotor memberikan elektron, maka atom pengotor ini disebut sebagai atom
donor.
2. Semikonduktor Tipe p
Dengan cara
yang sama seperti pada semikonduktor tipe n, semikonduktor tipe p dapat
dibuat dengan menambahkan sejumlah kecil atom pengotor trivalent pada
semikonduktor murni, misalnya: silikon murni. Atom-atom pengotor (dopan) ini
mempunyai tiga elektron valensi sehingga secara efektif hanya dapat membentuk
tiga ikatan kovalen. Saat sebuah atom trivalen menempati posisi atom silikon
dalam kisi kristal, terbentuk tiga ikatan kovalen lengkap, dan tersisa sebuah
muatan positif dari atom silikon yang tidak berpasangan yangdisebut lubang (hole).
Material yang dihasilkan dari proses pengotoran ini disebut semikonduktor tipe p.
Karena atom pengotor menerima elektron, maka atom pengotor ini disebut sebagai
atom aseptor (acceptor).
2.8 Alat Semikonduktor
Alat Semikonduktor atau
semiconductor devices, adalah sejumlah komponen elektronik yang menggunakan
sifat-sifat materi semikonduktor, yaitu Silikon, Germanium, dan Gallium Arsenide. Alat-alat semikonduktor jaman
sekarang telah menggantikan alat thermionik (sepertitabung
hampa). Alat-alat semikonduktor ini menggunakan
konduksi elektronik dalam bentuk padat(solid state), bukannya bentuk hampa (vacuum state) atau bentuk gas (gaseous state). Alat-alat
semikonduktor dapat ditemukan dalam bentuk-bentuk dicrete (potongan) seperti
transistor, diode, dain lain-lain, atau dapat juga ditemukan sebagai bentuk
terintegrasi dalam jumlah yang sangat besar (jutaan) dalam satu keping
Silikon yang dinamakan Sirkuit terpadu (IC). adapun jenis IC yang bertegangan
tinggi ( High Voltage IC ) adalah IC berdaya monolitik bertegangan tinggi
dengan menggunakan struktur bebas-pengancing dielektrik yang unik. Penggerak motor
chip tunggal ( single chip motor driver ), gate driver dan
IC pencitraan ultrasound untuk aplikasi industri, konsumen dan medis.
Dasar alat semikonduktor
Bila sebuah semikonduktor murni
dan tidak ter"eksitasi" oleh sebuah input sepertimedan
listrik dia mengijinkan hanya jumlah
sangat kecilarus
listrik untuk berada dalam dirinya, dan ia merupakan
sebuah insulator. Alasan utama mengapa
semikonduktor begitu berguna adalah konduktivitas semikonduktor
yang dapat dimanipulasi dengan menambahkan ketidakmurnian (doping, dengan pemberian sebuah medan listrik, dikenai cahaya, atau dengan cara lain. CCD, sebagai contoh, unit utama dalamkamera
digital, bergantung pada kenyataan
bahwa konduktivitas semikonduktor meningkat denganterkenanya sinar. Operasi transistor tergantung konduktivitas semikonduktor yang dapat ditingkatkan dengan
hadirnya sebuah medan listrik.
Konduksi arus dalam sebuahsemikonduktor terjadi melalui elektron yang dapat bergerak atau bebas danlubang. Lubang bukan partikel asli;
dalam keadaan yang membutuhkan pengetahuan fisika semikonduktor untuk dapat
mengerti: sebuah lubang adalah ketiadaan sebuahelektron. Ketiadaan ini, atau lubang ini,
dapat diperlakukan sebagai muatan-positif yang merupakan lawan dari elektron
yang bermuatan-negatif. Untuk mudahnya penjelasan "elektron bebas"
disebut "elektron", tetapi harus dimengerti bahwa mayoritas
elektron dalam benda padat, tidak bebas,
tidak menyumbang kepada konduktivitas.
Bila sebuah kristal semikonduktor murni sempurna, tanpa ketidakmurnian, dan ditaruh disuhu yang mendekatinol mutlak dengan tanpa
"eksitasi" (yaitu, medan listrik atau cahaya), dia tidak akan
berisi elektron bebas dan tidak ada lubang, dan oleh karenaitu akan menjadi
sebuah insulator sempurna. Pada suhu
ruangan, eksitasi panas memproduksi
beberapa elektron bebas dan lubang dalam pasangan-pasangan, tetapi kebanyakan
semikonduktor pada suhu ruangan adalah insulator untuk kegunaan praktikum.
Sebagai contoh aplikasi Semikonduktor yaitu; dioda dan transistor.
1.
Dioda
Jika dua tipe bahan semikonduktor
ini dilekatkan, maka akan didapat sambungan P-N (p-n junction) yang dikenal
sebagai dioda. Pada pembuatannya memang material tipe P dan tipe N bukan
disambung secara harpiah, melainkan dari satu bahan (monolithic) dengan memberi doping (impurity
material) yang berbeda. Jika diberi tegangan maju (forward bias), dimana
tegangan sisi P lebih besar darisisi N, elektron dengan mudah dapat mengalir
dari sisi N mengisi kekosongan elektron (hole) di sisi P. Sebaliknya jika
diberi tegangan balik (reverse bias), dapat dipahami tidak ada elektron yang
dapat mengalir dari sisi N mengisi hole di sisi P, karena tegangan potensial di
sisi N lebih tinggi. Dioda akan hanya dapat mengalirkan arus satu arah saja,
sehingga dipakai untuk aplikasi rangkaian penyearah (rectifier). Dioda, Zener,
LED, dan Varactor.
Dioda Bertegangan Tinggi (High Voltage Diodes)
Menyediakan
jajaran produk dioda daya yang serbaguna termasuk tipe dioda kaca dengan
keandalan yang tinggi, perangkat pelindung tekanan tegangan
(surge suppression) untuk melindungi peralatan elektronik (terutama dalam
aplikasi otomotif) dan jenis bertegangan tinggi untuk pengoperasian tampilan
pada frekuensi tinggi. Tersedia dalam bentuk axial lead, press-fit dan
paket pemasangan permukaan (surfacemount).
2. Transistor
Transistor
adalah alat semikonduktor yang dipakai sebagai penguat, sebagai sirkuit pemutus
dan penyambung (switching), stabilisasi tegangan, modulasi sinyal atau sebagai
fungsi lainnya. Transistor dapat berfungsi semacam kran listrik,
dimana berdasarkan arus inputnya (BJT) atau tegangan inputnya (FET), memungkinkan
pengaliran listrik yang sangat akurat dari sirkuit sumber listriknya.
Transistor merupakan dioda
dengan dua sambungan ( junction). Sambungan itu membentuk transistor PNP
maupun NPN. Ujung-ujung terminalnya berturut-turut disebut emitor, base dan
kolektor. Base selalu berada di tengah, di antara emitor dan kolektor. Transistor
ini disebut transistor bipolar, karena struktur dan prinsip kerjanya tergantung
dari perpindahan elektron di kutup negatif mengisi kekurangan elektron (hole)
di kutup positif. bi = 2 dan polar = kutup. (William Schockley pada tahun
1951) adalah seseorang yang pertama kali menemukan transistor bipolar.
Pada umumnya, transistor
memiliki 3 terminal. Tegangan atau arus yang dipasang di satu terminalnya
mengatur arus yang lebih besar yang melalui 2 terminal lainnya. Transistor
adalah komponen yang sangat penting dalam dunia elektronik modern. Dalam rangkaian
analog, transistor digunakan dalam amplifier (penguat). Rangkaian analog melingkupi
pengeras suara, sumber listrik stabil, dan penguat sinyal radio. Dalam
rangkaian-rangkaian digital, transistor digunakan sebagai saklar berkecepatan
tinggi. Beberapa transistor juga dapat dirangkai sedemikian rupa sehingga
berfungsi sebagai logic gate, memori, dan komponen-komponen lainnya.
Cara Kerja
Transistor
Dari banyak tipe-tipe
transistor modern, pada awalnya ada dua tipe dasar transistor, bipolar junction
transistor (BJT atau transistor bipolar) dan field-effect transistor (FET),
yang masing-masing bekerja secara berbeda.
Transistor bipolar dinamakan
demikian karena kanal konduksi utamanya menggunakan dua polaritas pembawa
muatan: elektron dan lubang, untuk membawa arus listrik. Dalam BJT, arus
listrik utama harus melewati satu daerah/lapisan pembatas dinamakan depletion
zone, dan ketebalan lapisan ini dapat diatur dengan kecepatan tinggi dengan
tujuan untuk mengatur aliran arus utama tersebut.
FET (juga dinamakan transistor
unipolar) hanya menggunakan satu jenis pembawa muatan (elektron atau hole,
tergantung dari tipe FET). Dalam FET, arus listrik utama mengalir dalam
satu kanal konduksi sempit dengan depletion zone di kedua sisinya (dibandingkan
dengan transistor bipolar dimana daerah Basis memotong arah arus
listrik utama). Ketebalan dari daerah perbatasan ini dapat dirubah dengan
perubahan teganganyang diberikan, untuk mengubah ketebalan kanal konduksi
tersebut.
BAB
III
PENUTUP
3.1 Kesimpulan
Semikonduktor merupakan bahan dengan konduktivitas listrik yang berada
diantara insulator dan konduktor. Semikonduktor bersifat sebagai insulator pada
temperatur yang sangat rendah (mendekati 0oK), namun pada temperatur
ruangan (sekitar 30oK) besifat sebagai konduktor. Bahan dasar
semikonduktor dapat digolongkan atas tiga jenis yaitu Trivalent, Tetravalent, dan
Pentavalent yang masih murni (semikonduktor intrinsik), namun setelah pendopingan
atau mengotoran, muncullah semikonduktor
baru yaitu semikonduktor ekstrinsik (tak murni) yang memiliki dua tipe yaitu
semikonduktor tipe n dan
semikonduktor tipe p. Semikonduktor
ekstrinsik inilah yang digunakan sebagai bahan dasar elektronika seperti dioda,
transistor, Integrated Circuit dan lain
sebagainya.
3.2 Saran
Kegunaan bahan
semikonduktor sangatlah penting dalam kehidupan sehari-hari. Tidak hanya dalam
dunia medis saja yang membutuhkan bahan semikonduktor, akan tetapi sanggatlah
penting juga dalam elektronika, karena bahan semikonduktor (misalnya silikon
dan germanium), hanya memerlukan sedikit saja bahan doping atau campuran untuk
mengubah bahan semikonduktor agar dapat dipergunakan. Oleh karena itu, mari
kita sebagai mahasiswa kejuruan fisika mempelajari kehebatan-kehebatan bahan
semikonduktor, mungkin kita nanti bisa menciptakan alat dari bahan tersebut dan
berguna dalam elektronika.
DAFTAR
PUSTAKA
Comments
Post a Comment