MAKALAH

SEMIKONDUKTOR, DIODA, dan TRANSISTOR

Disusun oleh ; FHANDY PANDEY : 101014006 STEVEN BANDONG: 101014004

1

KATA PENGANTARPuji syukur kami panjatkan kehadirat TUHAN YANG MAHA ESA yang telah melimpahkan berkat-nya sehingga kami dapat mengerjakan dan kekurangannya. Penulisan makalah ini dibuat untuk memenuhi tugas mata kuliah Elektronika Dasar II dan untuk mengetahui lebih lanjut tentang bahan Semikonduktor pada khususnya. Dalam penulisan makalah Semikonduktor, Dioda dan Transistor ini banyak yang telah membantu penusun, baik saat membahas materi makalah, sebelum penyusunan, maupun selama penyusunan, sehingga makalah semikonduktor ini dapat terealisasikan. Maka dari itu penulis mengucapkan terima kasih kepada : 1. Dosen-dosen Jurusan Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam UNSRAT. 2. Teman teman yang telah membantu selama kami membahas uraian bahan semikonduktor yang kami presentasikan. 3. Semua pihak yang telah membantu selama kami membahas dan meusunan makalah ini berlangsung. Tidak ada kalimat yang pantas kami ucapkan kepada semua pihak yang telah membantu penyusun dalam menyelesaikan tugas makalah Semikonduktor, Dioda, dan Transistor ini selain ucapan terima kasih. Tiada yang sempurna di dunia ini, dan penyusun menyadari bahwa masih banyak kesalahan-kesalahan dalam penulisan makalah Semikonduktor, Dioda dan Transistor. Untuk itu penyusun mohon kritik dan saran yang bersifat membangun dari pembaca. Penyusun berharap tugas makalah Semikonduktor, Dioda dan Transistor ini dapat bermanfaat bagi penyusun pribadi dan pembaca pada umumnya. Manado, 23 Februari 2012 Penulis menyelesaikan penyusunan makalah ini, meskipun disadari sepenuhnya makalah ini masih banyak

2

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL......................................................................................................i KATA PENGANTAR....................................................................................................ii DAFTAR ISI..................................................................................................................iii ABSTRAK.....................................................................................................................iv BAB I PENDAHULUAN..............................................................................................1 1. Latar Belakang Masalah....................................................................................1 2. Rumusan Masalah..............................................................................................2 BAB II PEMBAHASAN...............................................................................................3 1. Pengertian...........................................................................................................3 2. Susunan Atom Semikonduktor..........................................................................4 3. Proses Semikonduktor.......................................................................................5 4. Bahan Semikonduktor........................................................................................6 5. Cara Kerja Semikonduktor................................................................................8 6. Pengelompokan Semikonduktor........................................................................10 7. Alat Semikonduktor...........................................................................................14 BAB III PENUTUP........................................................................................................20 1. Kesimpulan........................................................................................................20 2. Penutup...............................................................................................................21 DAFTAR PUSTAKA....................................................................................................22

3

ABSTRAKPeralatan elektronik yang semakin modern dan banyaknya orang yang bekerja di bidang industri kelistrikan atau elektro, misalnya; teknisi, instalatir, jaringan, tenaga listrik dan kependidikan teknik tentang kelistrikan akan banyak di jumpai pembahasan komponen komponen elektronika yang bersifat semikonduktor dalam skala jumlah arus yang kecil maupun besar. Oleh sebab itu perlu adanya pemahaman dan penjelasan mengenai asal bahan, jenis-jenis bahan, funsi bahan, dan sifat-sifat dari bahan adalah sangat penting dimiliki bagi mereka yang bekerja di bidang industri dan kependidikan teknik, bahan apa yang harus dipakai untuk suatu maksud tertentu agar dapat mencari alternatif bahan pengganti yang efisien, fungsioner, segi ekonomis dan dapat mengembangkannya. Bahan semikonduktor adalah adalah jenis bahan dengan konduktivitas listrik yang berada di antara insulator dan konduktor. Bahan ini banyak digunakan dalam rangkaiaan elektronika karena sifat elektroniknya dapat diubah banyak dalam sebuah cara terkontrol dengan menambah sejumlah kecil ketidakmurnian. Ketidakmurnian ini disebut dopant atau dengan menyuntikkan materi lain. Semikonduktor yang terintegrasi dalam jumlah yang sangat besar (jutaan) dalam satu keping Silikon dinamakan Sirkuit terpadu. Komponen Semikonduktor yang paling baik terbuat dari bahan germanium tetapi bahan ini sulit dalam pembuatan sehingga harganya mahal, melainkan bahan dari silikon, semikonduktor yang terbuat dari silikon ini banyak dijumpai, mudah dicari dan murah harganya karena mudah dalam pembuatannya tetapi jauh berkualitas dibandingkan dengan germanium.

4

BAB I PENDAHULUAN

1. Latar Belakang Masalah Di era globalisasi saat ini ditandai dengan banyaknya manusia memenfaatkan peralatan modern yang berbasiskan komputer atau elektronik untuk memenuhi kebutuhan hidup manusia. Adanya kemudahan kemudahan peralatan yang semakin canggih merupakan sumbangan yang banyak dan tak ternilai dari kemajuan teknologi peralatan yang menggunakan komponen elektronika. Banyak orang yang bekerja di bidang industri dan kependidikan teknik khususnya kelistrikan atau elektro, misalnya teknisi, instalatir, jaringan dan tenaga listrik. Mereka sebaiknya harus memiliki pengetahuan yang luas tentang ilmu daripada bahan-bahan yang berhubungan dengan profesinya masing masing. Mempunyai pengetahuan mengenai asal bahan, jenis-jenis bahan, fungsi bahan, dan sifat-sifat dari bahan adalah sangat penting dimiliki bagi mereka yang bekerja di bidang industri dan kependidikan teknik. Kita sebagai mahasiswa juga harus lebih tahu tentang uraian diatas serta bagaimana struktur bahan, proses kinerja bahan agar mampu menguasai pengetahuan tersebut, berfikir secara kritis dan mengembangkannya dalam mata kuliah maupun di luar jam kuliah. Dengan pengetahuan tersebut mereka tahu bagaimana memperlakukan bahan-bahan yang mereka gunakan dengan sebagaimana mestinya atau memanfaatkan bahan bahan. Menghindari penggunaan yang berbahaya hal utama yang perlu diperhatikan atau dilakukan demi keamanan dalam bekerja. Mereka mengerti bahan apa yang harus dipakai untuk suatu maksud tertentu, dapat mencari alternatif bahan pengganti yang efisien, fungsioner, segi ekonomis dan sebagainya. Dalam mata kuliah ilmu bahan listrik di jurusan pendidikan teknik elektro kita juga lebih memperhatikan hal keamanan tersebut karena dalam pembelajaran maupun praktikum kelistrikan, listrik tidak dapat kita lihat dengan mata kita. 5

Secara khusus kami menghambil salah satu jenis bahan yaitu bahan Semikonduktor untuk pembahasan dan penyusunan karena dalam perkuliahan tentang kelistrikan akan banyak di jumpai pembahasan komponen komponen elektronika yang bersifat semikonduktor dalam skala jumlah arus yang kecil maupun besar.

2. Rumusan masalah Uraian rumusan masalah tentang Semikonduktor yang dapat penulis batasi meliputi: A. Apa yang dimaksud dengan semikonduktor. B. Bagaimana struktur atom semikonduktor. C. Proses dan cara kerja bahan tersebut. D. Bagaimana pengelompokan bahan semikonduktor. E. Macam macam semikonduktor dan penggunaannya. F. Manfaat dan aplikasi bahan semikonduktor dalam bidang kelistrikan.

BAB II PEMBAHASAN

6

1. PENGERTIAN a. Pengertian Umum Disebut semi 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 di antara 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 listrik : . Pada beberapa jenis bahan dimungkinkan terdapat konduktivitas listrik yang anisotropik. Lawan dari konduktivitas listrik adalah resistivitas listrik sebagai resistivitas saja, yaitu ; atau biasa disebut didefinsikan sebagai ratio dari rapat arus terhadap kuat medan

. 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.

7

2. 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. Silikon merupakan 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 (0K). Struktur atom silikon divisualisasikan seperti pada gambar berikut.

gb 1.struktur dua dimensi kristal Silikon. Ikatan kovalen menyebabkan elektron tidak dapat berpindah dari satu inti atom ke inti 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. 8

3. PROSES SEMIKONDUKTOR Doping semikonduktor

gb 2. diagram doping semikonduktor. Distribusi Fermi-Dirac sebagai dasar struktur pita dalam semikonduktor. Salah satu alasan utama kegunaan semikonduktor dalam elektronik adalah sifat elektroniknya dapat diubah banyak dalam sebuah cara terkontrol dengan menambah sejumlah kecil ketidakmurnian. Ketidakmurnian 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

9

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.

4. BAHAN 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 dislokasi, 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 empat hingga dua belas inci (300 mm) yang ditumbuhkan sebagai silinder kemudian diiris 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 10

kembali sehingga menghasilkan bahan lebih murni dan kristal dengan lebih sedikit kesalahan. Dalam pembuatan perangkat semikonduktor yang melibatkan heterojunction antara bahan-bahan semikonduktor yang berbeda, konstanta kisi, yaitu panjang dari struktur kristal yang berulang, penting untuk menentukan kompatibilitas antar bahan.

b. Macam macam Semikonduktor dan Penggunaannya No 1 2 3 4 Nama SemiKonduktor Barium Titinate (Ba Ti) Bismut Telurida (Bi2 Te3) Cadmium sulfide (Cd S) Gallium arsenide (Ga As) Penggunaannya Termistor (PTC) Konversi termo elektrik Sel Fotokonduktif Dioda, transistor, laser, led, generator gelombang 5 6 Germanium (Ge) Indium antimonida (In Sb) Mikro Diode, transistor Magnetoresistor, piezoresistor, detektor 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 Indium arsenida (In As) Silikon (Si) Silikon Carbida (Si Cb) Seng Sulfida (Zn S) Germanium Silikon (Ge Si) Selenium (Se) Aluminium Stibium (Al Sb) Gallium pospor (Ga P) Indium pospor (In P) Tembaga Oksida Plumbun Sulfur (Pb S) Plumbun Selenium (Pb Se) Indium Stibium (In Sb) radiasi inframerah Piezoresistor Diode, transistor, IC Varistor Perangkat penerangan elektro Pembangkitan termoelektrik Rectifier Diode penerangan Diode penerangan Filter inframerah Rectifier Foto sel Foto sel Detektor inframerah, filter inframerah, generator Hall

11

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.

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 (charge carriers). 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 atom di orbit terluarnya, sedangkan Silikon hanya 4. 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. 12

Selain dari itu, silikon dapat dicampur dengan Boron untuk membuat semikonduktor tipe-p. Karena Boron hanya memiliki 3 elektron 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. Dalam metal, untuk mengubah metal menjadi isolator, pembawa muatan harus disapu dengan memasang suatu beda tegangan. Dalam metal, tegangan ini sangat tinggi, jauh lebih tinggi dari yang mampu menghancurkannya. Namun, dalam sebuah semikonduktor hanya ada satu pembawa muatan dalam beberapa juta atom. Jumlah tegangan yang diperlukan untuk menyapu pembawa muatan dalam sejumlah besar

13

semikonduktor dapat dicapai dengan mudah. Dengan kata lain, listrik di dalam metal adalah inkompresible (tidak bisa dimampatkan), seperti fluida. Sedangkan dalam semikonduktor, listrik bersifat seperti gas yang bisa dimampatkan. Semikonduktor dengan doping dapat dirubah menjadi isolator, sedangkan metal tidak. Gambaran di atas menjelaskan konduksi disebabkan oleh pembawa muatan, yaitu elektron atau lubang, namun dasarnya transistor bipolar adalah aksi kegiatan dari pembawa muatan tersebut untuk menyebrangi daerah depletion zone. Depletion zone ini terbentuk karena transistor tersebut diberikan tegangan bias terbalik, oleh tegangan yang diberikan di antara basis dan emiter. Walau transistor terlihat seperti dibentuk oleh dua diode yang disambungkan, sebuah transistor sendiri tidak bisa dibuat dengan menyambungkan dua diode. Untuk membuat transistor, bagian-bagiannya harus dibuat dari sepotong kristal silikon, dengan sebuah daerah basis yang sangat tipis.

5. PENGELOMPOKAN SEMIKONDUKTOR Semikonduktor saat ini mempunyai peranan penting di bidang elektronika dan penggunaannya tidak terbatas pada arus lemah. Hal penting dalam semi konduktor adalah memahami susunan pita dan atom konduksi elektroniknya baik pada bahan konduktor maupun pada semi konduktor. Pada bahan tersebut terdapat pita konduksi maupun pita valensi, dimana kedua pita tersebut saling menumpuk, dan pada isolator jarak keduanya cukup jauh. Pada semi konduktor jarak keduanya tidak terlalu jauh dan ini memungkinkan terjadinya tumpang tindih jika dipengaruhi : panas, medan magnet, dan tegangan yang cukup tinggi. Perbandingan jarak kedua pita disebut celah energi. Berbagai penelitian celah energi pada intan 6 ev dan intan merupakan bahan isolator dengan resistivitas tinggi, sedangkan bahan semikonduktor mempunyai celah energi lebih sempit daripada isolator 0,12 5,3 ev seperti Si sebagai salah satu bahan semikonduktor dengan celah energi 1,1 ev. Berdasarkan lebar dan sempitnya celah energi dari bahan-bahan intan, semikonduktor, konduktor terlihat bahwa untuk menjadikan bahan semikonduktor agar menghantar listrik

14

diperlukan energi yang tidak besar. Silikon dan germanium murni disebut semi konduktor intrinsik jika belum mendapatkan bahan tambahan, sedangkan yang sudah mendapatkan bahan tambahan disebut ekstrinsik. Bahan tambahan yang dimaksud arsenikum (As) atau boron (B). Bahan semikonduktor yang mendapatkan tambahan As akan menjadi semi konduktor jenis N, sedangkan yang mendapatkan tambahan B akan menjadi semi konduktor jenis P. Beberapa bahan tambahan untuk semikonduktor dapat dilihat pada tabel Enegi Ionisasi di bawah ini ; Bahan Pengotoran (Tipe N) Pospor Arsen Antimon Bahan Pengotoran (Tipe P) Boron Aluminium Gallium Indium Si (ev) 0,044 0,049 0,039 Si (ev) 0,045 0,057 0,065 0,16 Ge (ev) 0,012 0,013 0,010 Ge (ev) 0,010 0,010 0,011 0,011

Semikonduktor dikelompokkan menjadi dua yaitu ; a. Semikonduktor Intrinsik Semikonduktor intrinsik adalah semikonduktor yang belum disisipkan atom-atom lain (atom pengotor). Untuk menjadikan pita valensi bertumpang tindih dengan pita konduksi diantaranya diperlukan medan. Sebagai contoh : Si mempunyai celah energi 1 ev. Ini diperkirakan beda energi antara dua inti ion yang terdekat dengan jarak 1A 0 10 10 m . Maka dari itu diperlukan gradien medan 1V / 10 10 m untuk menggerakan elektron dari bagian atas pita valensi ke bagian bawah pita konduksi. Namun gradien sebesar itu kurang praktis. Kemungkinan lain untuk keadaan transisi yaitu tumpang tindih kedua pita dapat

(

)

15

diperoleh dengan pemanasan. Pada suhu kamar ada juga beberapa elektron yang melintasi celah energi dan hal ini menyebabkanterjadinya semi konduksi. Pada semikonduktor intrinsik, konduksi tersebut disebabkan proses intrinsik dari bahan tanpa adanya pengaruh tambahan. Kristal Si dan Ge murni adalah semikonduktor intrinsik. Elektron-elektron yang dikeluarkan dari bagian teratas pita valensi ke bagian pita konduksi karena energi termal adalah penyeban konduksi. Banyaknya elektron yang terkuat untuk bergerak melintasi celah energi dapat dihitung dengan distribusi kemungkinan Fermi Dirac ;

P( E ) ?

(1? e ) ( E ? Ef ) / K .T

1

Dimana Ef : tingkat fermi, K : konstanta boltzman = 8,64.105 ev /0K, E-Ef : Eg/2, Eg : besaran celah energi termal KT pada suhu kamar (0,026 ev). Karena nilai 1 pada penyebut dapat diabaikan, maka persamaan di atas dapat ditulis :

P(E) ? e(? Eg / 2KT )Karena perpindahan elektron dari pita valensi, maka pada pita valensi terjadi lubang di setiap tempat yang ditinggalkan elektron tersebut. Suatu semi konduktor intrinsik mempunyai lubang yang sama pada pita valensi dan elektron pada pita konduksi. Pada pemakaian elektron yang lari ke pita konduksi dari pita valensi, misalnya karena panas dapat dipercepat menggunakan keadaan kosong yang memungkinkan pada pita konduksi. Pada waktu yang sama lubang pita valensi juga bergerak tetapi berlawanan arah dengan gerakan elektron. Konduktivitas dari semi konduktor intrinsik tergantung konsentrasi muatan pembawa tersebut yaitu ne dan nh. b. Semikonduktor ekstrinsik Semikonduktor ekstrinsik adalah semikonduktor yang sudah dimasukkan sedikit ketidakmurnian (doping) atau pengotoran dari luar (ekstraneous inqurities). Akibat doping ini maka hambatan jenis semikonduktor mengalami penurunan Semikonduktor jenis ini

16

terdiri dari dua macam, yaitu tipe-N (pembawa muatan elektron) dan semikonduktor tipe-P (pembawa muatan hole). 1) TIPE N Misalnya pada bahan silikon diberi doping phosphorus atau arsenic yang pentavalen yaitu bahan kristal dengan inti atom memiliki 5 elektron valensi. Dengan doping, Silikon yang tidak lagi murni ini (impurity semiconductor) akan memiliki kelebihan elektron. Kelebihan elektron membentuk semikonduktor tipe-n. Semikonduktor tipe-n disebut juga donor yang siap melepaskan elektron.

gb 3. struktur stom semikonduktor type n. 2) TIPE P Untuk mendapatkan silikon tipe-p, bahan dopingnya adalah bahan trivalent yaitu unsur dengan ion yang memiliki 3 elektron pada pita valensi. Karena ion silikon memiliki 4 elektron, dengan demikian ada ikatan kovalen yang bolong (hole). Hole ini digambarkan sebagai akseptor yang siap menerima elektron. Dengan demikian, kekurangan elektron menyebabkan semikonduktor ini menjadi tipe-p.

17

gb 4. struktur stom semikonduktor type p.

6. ALAT SEMIKONDUKTOR a. 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 (seperti tabung 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, dll, 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. b. Dasar alat semikonduktor Bila sebuah semikonduktor murni dan tidak ter"eksitasi" oleh sebuah input seperti medan listrik dia mengijinkan hanya jumlah sangat kecil arus listrik untuk berada dalam

18

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 dalam kamera digital, bergantung pada kenyataan bahwa konduktivitas semikonduktor meningkat dengan terkenanya sinar. Operasi transistor tergantung konduktivitas semikonduktor yang dapat ditingkatkan dengan hadirnya sebuah medan listrik. Konduksi arus dalam sebuah semikonduktor terjadi melalui elektron yang dapat bergerak atau bebas dan lubang. Lubang bukan partikel asli; dalam keadaan yang membutuhkan pengetahuan fisika semikonduktor untuk dapat mengerti: sebuah lubang adalah ketiadaan sebuah elektron. 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 di suhu yang mendekati nol mutlak dengan tanpa "eksitasi" (yaitu, medan listrik atau cahaya), dia tidak akan berisi elektron bebas dan tidak ada lubang, dan oleh karena itu 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. DIODA Jika dua tipe bahan semikonduktor ini dilekatkanpakai lem barangkali ya :), 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. 19

gb 5. simbol sambungan p-n Jika diberi tegangan maju (forward bias), dimana tegangan sisi P lebih besar dari sisi N, elektron dengan mudah dapat mengalir dari sisi N mengisi kekosongan elektron (hole) di sisi P.

gb 6. forward bias. 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 (surface mount). TRANSISTOR Transistor adalah alat semikonduktor yang dipakai sebagai penguat, sebagai sirkuit pemutus dan penyambung (switching), stabilisasi tegangan, modulasi sinyal atau sebagai

20

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.

GB 7. Transistor through-hole (dibandingkan dengan pita ukur sentimeter). 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.

GB 7.Transistor NPN dan PNP.

21

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 tegangan yang diberikan, untuk mengubah ketebalan kanal konduksi tersebut.

22

BAB III PENUTUP

1. KESIMPULAN Dari hasil presentasi pembahasan dan penyusunan makalah ini sekiranya kami dapat menyimpulkan isi dari makalah ini yakni ;

23

Semikonduktor adalah sebuah bahan dengan konduktivitas listrik yang berada di antara insulator dan konduktor. Sebuah semikonduktor pada umumnya bersifat isulator (tidak menghantarkan arus listrik) pada suhu mendekati 0, pada suhu kamar bersifat konduktor, makin tinggi suhunya makin bersifat konduktor. Semikonduktor bisa diubah konduktivitasnya dengan cara menyuntikkan menanbah atau mengurangi materi lain yang bersifat konduktor atau isolator, sehingga semikonduktor memiliki resistansi. Pemberian doping dimaksudkan untuk mendapatkan elektron valensi bebas dalam jumlah lebih banyak dan permanen, yang diharapkan akan dapat mengahantarkan listrik. Semikonduktor intrinsik adalah semikonduktor yang belum disisipkan atom-atom lain (atom pengotor).Semikonduktor ekstrinsik adalah semikonduktor yang sudah dimasukkan sedikit ketidakmurnian (doping). Salah satu alasan utama kegunaan semikonduktor dalam bidang elektronik adalah sifat elektroniknya dapat diubah banyak dalam sebuah cara terkontrol dengan menambah sejumlah kecil ketidakmurnian dan ini tidak terbatas penggunaannya dalam arus lemah. Dalam sirkuit terpadu modern, misalnya, polycrystalline silicon didop-berat seringkali digunakan sebagai pengganti logam.

2. PENUTUP Penyusunan yakin bahwa dalam melaksanakan tugas presentasi, pembahasan maupun pembuatan makalah ini masih terdapat kekurangan dan kesalahan, untuk itu kritik dan saran yang sifatnya membangun sangat kami harapkan dan pembaca bersedia untuk saling bertukar pendapat demi sempurnanya makalah ini.Harapan kami semoga makalah ini bermanfaat baik bagi kami maupun keluarga besar Jurusan Pendidikan Teknik Elektro dan semua pembaca pada umumnya

24

Demikian makalah semikonduktor yang kami susun dari hasil presentasi, pembahasan maupun didapat dari pustaka dunia tentang bahan semikonduktor apabila dalam penyusunan dan penulisan ini ada salah ucapan bagi semua pihak kami sangat mohon maaf. Atas perhatiannya kami ucapkan terima kasih.

DAFTAR PUSTAKASutrisno. (1985). Elektronika - Teori dan Penerapannya I dan II. Bandung. ITB. Setiabudy Rudy. (2007) Material Teknik Listrik. Jakarta. Universitas Indonesia.(UI-Press) S Wasito. (1998) Pelajaran Elektronika 1A. Jakarta. Pusat Kursus Kursus. Zuhair. (2006) Penerapan Konsep Dasar Listrik dan Elektronika. Jakarta. Erlangga.

25

26