Download
1 / 16
E N D
Semikonduktor PrinsipDasar Semikonduktormerupakanelemendasardarikomponenelektronikasepertidioda, transistor dansebuah IC (integrated circuit).Disebut semi atausetengahkonduktor, karenabahaninimemangbukankonduktormurni.Bahan- bahanlogamsepertitembaga, besi, timahdisebutsebagaikonduktor yang baiksebablogammemilikisusunan atom yang sedemikianrupa, sehingga elektronnya dapat bergerak bebas.
Sebenarnya atom tembagadenganlambangkimia Cu memilikiinti 29 ion (+) dikelilingioleh 29 elektron (-). Sebanyak 28 elektronmenempati orbit-orbit bagiandalammembentukinti yang disebut nucleus.Dibutuhkanenergi yang sangatbesaruntukdapatmelepaskanikatanelektron-elektronini. Satubuahelektronlagiyaituelektron yang ke-29, beradapada orbit paling luar.Orbit terluarinidisebut pita valensidanelektron yang beradapada pita inidinamakanelektronvalensi. Karenahanyaadasatuelektrondanjaraknya 'jauh’ dari nucleus, ikatannyatidaklahterlalukuat. Hanyadengan energi yang sedikit saja elektron terluar ini mudahterlepasdariikatannya.
Gambar :ikatan atom tembaga Pada suhu kamar, elektron tersebut dapat bebas bergerak atau berpindah-pindah dari satu nucleus ke nucleus lainnya. Jikadiberiteganganpotensiallistrik, elektron-elektrontersebutdenganmudahberpindahkearahpotensial yang sama. Phenomenaini yang dinamakansebagaiaruslistrik. Isolator adalah atom yang memilikielektronvalensisebanyak 8 buah, dandibutuhkanenergi yang besaruntukdapatmelepaskanelektron-elektronini.
Dapatditebak, semikonduktoradalahunsur yang susunanatomnyamemilikielektronvalensilebihdari1 dan kurang dari 8. Tentu saja yang paling "semikonduktor" adalah unsur yang atomnya memiliki 4 elektronvalensi.
Bahansemikonduktor yang banyakdikenalcontohnya adalah Silicon (Si), Germanium (Ge) dan GaliumArsenida (GaAs). Germanium dahuluadalahbahansatu-satunya yang dikenaluntukmembuatkomponensemikonduktor. Namun belakangan, silikon menjadi popular setelah ditemukan cara mengekstrak bahan ini dari alam. Silikon merupakan bahan terbanyak ke dua yang adadibumisetelahoksigen (O2). Pasir, kacadanbatu-batuan lain adalahbahanalam yang banyak mengandung unsur silikon. Dapatkahandamenghitungjumlahpasirdipantai. Struktur atom kristal silikon, satu inti atom (nucleus) masing-masingmemiliki 4 elektronvalensi. Ikataninti atom yang stabiladalahjikadikelilingioleh 8 elektron, sehingga 4 buahelektron atom kristaltersebutmembentukikatankovalendengan ion-ion atom tetangganya. Padasuhu yang sangatrendah(0ºK), struktur atom silikon divisualisasikan seperti padagambarberikut. Susunan Atom Semikonduktor
Ikatankovalenmenyebabkanelektrontidakdapatberpindahdarisatuinti atom keinti atom yang lain. Padakondisidemikian, bahansemikonduktorbersifat isolator karenatidakadaelektron yang dapatberpindahuntukmenghantarkanlistrik. Pada suhu kamar, ada beberapa ikatan kovalen yang lepas karena energi panas, sehingga memungkinkan elektron terlepas dari ikatannya. Namunhanyabeberapajumlahkecil yang dapatterlepas, sehinggatidakmemungkinkanuntuk menjadikonduktor yang baik.
Ahli-ahli fisika terutama yang menguasai fisika quantum pada masa itu mencoba memberikan doping padabahansemikonduktorini. Pemberian doping dimaksudkanuntukmendapatkanelektronvalensibebasdalamjumlahlebihbanyakdanpermanen, yang diharapkanakandapat mengahantarkan listrik. Kenyataanya demikian, merekamemangisengsekalidanjenius.
Tipe-N Misalnyapadabahansilikondiberi doping phosphorusatau arsenic yang pentavalenyaitubahankristal dengan inti atom memiliki 5 elektron valensi. Dengan doping, Silikon yang tidaklagimurniini (impurity semiconductor) akanmemilikikelebihanelektron. Kelebihanelektronmembentuksemikonduktortipe-n. Semikonduktortipe-n disebutjugadonor yang siapmelepaskanelektron.
Tipe-P Kalausilikondiberi doping Boron, Gallium atau Indium, makaakandidapatsemikonduktortipe-p. Untukmendapatkansilikontipe-p, bahandopingnyaadalahbahantrivalenyaituunsurdengan ion yang memiliki 3 elektron pada pita valensi. Karena ion silikonmemiliki 4 elektron, dengandemikian ada ikatan kovalen yang lubang (hole). Hole inidigambarkansebagaiakseptor yang siapmenerimaelektron. Dengandemikian, kekuranganelektronmenyebabkansemikonduktorinimenjadi tipe-p.
Resistansi Semikonduktortipe-p atautipe-n jikaberdirisendiritidak lain adalahsebuah resistor. Samaseperti resistor karbon, semikonduktormemilikiresistansi. Cara ini dipakai untuk membuat resistor di dalam sebuahkomponensemikonduktor. Namunbesarresistansi yang bisadidapatkecilkarenaterbataspada volume semikonduktoritusendiri.
Dioda PN Jika dua tipe bahan semikonduktor ini dilekatkan pakai lem barangkali ya , maka akan didapat sambungan P-N (p-n junction) yang dikenalsebagaidioda.Padapembuatannyamemang material tipe P dantipe N bukandisambungsecaraharpiah, melainkandarisatubahan (monolitic) denganmemberi doping (impurity material) yang berbeda.
Gambar: sambungan p-n Jikadiberiteganganmaju (forward bias), dimanategangansisi P lebihbesardarisisi N, elektrondenganmudahdapatmengalirdarisisi N mengisikekosonganelektron (hole) di sisi P.
sambungan p-n Sebaliknyajikadiberiteganganbalik (reverse bias), dapatdipahamitidakadaelektron yang dapatmengalirdarisisi N mengisi hole disisi P, karenategangan potensial di sisi N lebih tinggi. Dioda akan hanya dapat mengalirkan arus satu arahsaja, sehinggadipakaiuntukaplikasirangkaianpenyearah (rectifier). Dioda, Zener, LED, Varactordan Varistoradalahbeberapakomponensemikonduktorsambungan PN yang dibahaspadakolomkhusus.
