DASAR – DASAR SEMI KONDUKTOR

Disusun untuk melengkapi Tugas Elektronika I

Oleh:

KELOMPOK I

Adityo Mursitantyo (NIM. 1108255003)

Luh Eka Arisanti (NIM. 1108255006)

Nikita Pusparini (NIM. 1108255005)

Tomy Gunawan (NIM. 1108255001)

JURUSAN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS UDAYANA

2011

BAB I

PENDAHULUAN

Operasi komponen elektronika benda padat seperti dioda, LED,

Transistor Bipolar dan FET serta Op-Amp atau rangkaian terpadu lainnya

didasarkan atas sifat-sifat semikonduktor. Semikonduktor merupakan

elemen dasar dari komponen – komponen tersebut. Disebut semi atau

setengah konduktor, karena bahan ini memang bukan konduktor murni.

Semikonduktor adalah bahan yang sifat-sifat kelistrikannya terletak

antara sifat-sifat konduktor dan isolator. Sifat-sifat kelistrikan konduktor

maupun isolator tidak mudah berubah oleh pengaruh temperatur, cahaya

atau medan magnet, tetapi pada semikonduktor sifat-sifat tersebut sangat

sensitif. Tahanan jenis bahan semi konduktor antara sekitar 10-3 Wm

sampai dengan sekitar 10+3 Wm.

Atom-atom bahan semi konduktor membentuk kristal dengan struktur

tetrahedral, dengan ikatan kovalen. Bahan semi konduktor yang banyak

dipakai dalam elektkronika adalah silikon (Si) dan Germanium (Ge). Pada

0K Si mempunyai lebar pita terlarang (energy gap) 0,785 eV, sedang

untuk Ge 1,21 eV.

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. Dapat

ditebak, semikonduktor adalah unsur yang susunan atomnya memiliki

elektron valensi lebih dari 1 dan kurang dari 8. Tentu saja yang paling

semikonduktor adalah unsur yang atomnya memiliki 4 elektron valensi.

BAB II

ISI

A. Semikonduktor Instrinsik

Semikonduktor instrinsik (murni) adalah semi konduktor yang tidak

ataupun belum terkotori oleh atom-atom asing. Pada 0o K pita valensi

penuh, pita konduksi kosong sehingga bersifat sebagai isolator. Pada

suhu yang lebih tinggi misal pada suhu kamar ada elektron pada pita

valensi yang energinya melebihi energi gap sehingga dapat meloncat dari

pita valensi ke pita konduksi menjadi elektron bebas dengan

meninggalkan kekosongan pada pita valensi. Kekosongan ini disebut hole

(lubang) dan dianggap bermuatan positif sebesar muatan elektron.

Semikonduktor intrinsik dibuat dengan metode khusus untuk

meningkatkan kemurniannya setinggi mungkin, sehingga hasilnya bisa

dianggap sebagai semikonduktor murni. Konduktivitas semikonduktor

intrinsik sangat rendah, karena terbatasnya jumlah pembawa muatan

yakni hole maupun elektron bebas tersebut.

Gambar 2.1 Struktur Kristal germanium dalam Dua Dimensi

Gambar 2.2 Struktur Kristal Germanium dengan Ikatan Kovalen yang rusak

B. Semikonduktor Ekstrinsik

Semikonduktor ekstrinsik merupakan semikonduktor yang memperoleh

pengotoran atau penyuntikan (doping) oleh atom asing. Semikonduktor

ekstrinsik ada dua jenis atau tipe yaitu:

1. Semikonduktor Tipe N

Jika bahan silikon didoping dengan bahan ketidakmurnian

(impuritas) bervalensi lima (penta-valens), maka diperoleh

semikonduktor tipe N. Misalnya pada bahan silikon diberi doping

phosphorus atau arsenic yang pentavalen (bahan kristal dengan inti

atom memiliki 5 elektron valensi). Dengan doping, Silikon yang tidak

lagi murni ini (impurity semiconductor) akan memiliki kelebihan

elektron. Kelebihan electron membentuk semikonduktortipe-n.

Semikonduktor tipe-n disebut juga donor yang siap melepaskan

elektron. Struktur kisi-kisi kristal bahan silikon type N dapat dilihat pada

gambar di bawah ini :

Gambar 2.3 Struktur Semikondukton (Silikon) Tipe N

Karena atom antimoni (Sb) bervalensi lima, maka empat elektron

valensi mendapatkan pasangan ikatan kovalen dengan atom silikon

sedangkan elektron valensi yang kelima tidak mendapatkan pasangan.

Oleh karena itu ikatan elektron kelima ini dengan inti menjadi lemah

dan mudah menjadi elektron bebas. Karena setiap atom depan ini

menyumbang sebuah elektron, maka atom yang bervalensi lima

disebut dengan atom donor. Dan elektron bebas sumbangan dari atom

dopan inipun dapat dikontrol jumlahnya atau konsentrasinya. Meskipun

bahan silikon type n ini mengandung elektron bebas (pembawa

mayoritas) cukup banyak, namun secara keseluruhan kristal ini tetap

netral karena jumlah muatan positip pada inti atom masih sama

dengan jumlah keseluruhan elektronnya.

Pada bahan type n disamping jumlah elektron bebasnya (pembawa

mayoritas) meningkat, ternyata jumlah holenya (pembawa minoritas)

menurun. Hal ini disebabkan karena dengan bertambahnya jumlah

elektron bebas, maka kecepatan hole dan elektron ber-rekombinasi

(bergabungnya kembali elektron dengan hole) semakin meningkat.

Sehingga jumlah holenya menurun. Level energi dari elektron bebas

sumbangan atom donor dapat digambarkan seperti pada gambar di

bawah ini:

Gambar 2.4 Diagram Pita Energi Semikonduktor Tipe N

Jarak antara pita konduksi dengan level energi donor sangat kecil

yaitu 0.05 eV untuk silikon dan 0.01 eV untuk germanium. Oleh karena

itu pada suhu ruang saja, maka semua elektron donor sudah bisa

mencapai pita konduksi dan menjadi elektron bebas.

Karena atom-atom donor telah ditinggalkan oleh elektron

valensinya (yakni menjadi elektron bebas), maka menjadi ion yang

bermuatan positip. Sehingga digambarkan dengan tanda positip.

Sedangkan elektron bebasnya menjadi pembawa mayoritas. Dan

pembawa minoritasnya berupa hole.

Gambar 2.5 Bahan Semikonduktor Tipe N

2. Semikonduktor Tipe P

Apabila bahan semikonduktor murni (intrinsik) didoping dengan

bahan impuritas (ketidak-murnian) bervalensi tiga, maka akan

diperoleh semikonduktor type p. Bahan dopan yang bervalensi tiga

tersebut misalnya boron, galium, dan indium. Struktur kisi - kisi kristal

semikonduktor (silikon) type p adalah seperti gambar di bawah ini:

Gambar 2.6 Struktur Kristal Semikonduktor (Silikon) Tipe P

Karena atom dopan mempunyai tiga elektron valensi, dalam

gambar tersebut adalah atom Boron (B) , maka hanya tiga ikatan

kovalen yang bisa dipenuhi. Sedangkan tempat yang seharusnya

membentuk ikatan kovalen keempat menjadi kosong (membentuk

hole) dan bisa ditempati oleh elektron valensi lain. Dengan demikian

sebuah atom bervalensi tiga akan menyumbangkan sebuah hole. Atom

bervalensi tiga (trivalent) disebut juga atom akseptor, karena atom ini

siap untuk menerima elektron.

Seperti halnya pada semikonduktor type n, secara keseluruhan

kristal semikonduktor type P ini adalah netral. Karena jumlah hole dan

elektronnya sama. Pada bahan type p, hole merupakan pembawa

muatan mayoritas. Karena dengan penambahan atom dopan akan

meningkatkan jumlah hole sebagai pembawa muatan. Sedangkan

pembawa minoritasnya adalah elektron. Level energi dari hole

akseptor dapat dilihat pada gambar di bawah ini:

Gambar 2.7 Diagram Pita Energi Semikonduktor Tipe P

Jarak antara level energi akseptor dengan pita valensi sangat kecil

yaitu sekitar 0.01 eV untuk germanium dan 0.05 eV untuk silikon.

Dengan demikian hanya dibutuhkan energi yang sangat kecil bagi

elektron valensi untuk menempati hole di level energi akseptor. Oleh

karena itu pada suhu ruang banyak sekali jumlah hole di pita valensi

yang merupakan pembawa muatan.

Karena atom-atom akseptor telah menerima elektron, maka

menjadi ion yang bermuatan negatif. Sehingga digambarkan dengan

tanda negatip. Pembawa mayoritas berupa hole dan pembawa

minoritasnya berupa elektron. Bahan semikonduktor tipe p dapat

dilukiskan seperti pada gambar di bawah ini:

Gambar 2.8 Bahan Semikonduktor Tipe P

C. Konduksi Dalam Semikonduktor

Partikel yang menghantarkan arus dalam semikonduktor adalah:

elektron dan hole. Ada dua jenis arus yang muncul akibat pergerakan

partikel-partikel tersebut yaitu:

1. Arus Difusi

Arus difusi adalah suatu arus I di dalam semikonduktor yang timbul

akibat adanya pergerakan partikel-partikel bermuatan baik hole

maupun electron sebagai akibat dari perbedaan (gradient) konsentrasi

pembawa.

2. Arus Drift

Arus drift adalah sarus yang timbul pada semikonduktor akibat

adanya pergerakan partikel-partikel bermuatan gaya F tarik dan tolak

elektris dalam medan listrik (elektris).

Gambar 2.9 Arus dalam Semikonduktor

D. Perubahan Tegangan Pada Semikonduktor Dengan Doping Tak

Merata

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

mengahantarkan listrik. 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 dopan. Doping sejumlah besar

ke semikonduktor dapat meningkatkan konduktivitasnya dengan faktor

lebih besar dari satu milyar.

BAB III

KESIMPULAN

Dari penjelasan materi di atas, dapat disimpulkan beberapa hal

sebagai berikut:

- Semikonduktor adalah bahan yang sifat-sifat kelistrikannya terletak

antara sifat-sifat konduktor dan isolator

- Terdapat dua jenis semikonduktor yaitu semikonduktor tipe N dan

semikonduktor tipe P

- Bahan silikon yang didoping dengan bahan ketidak murnian

(impuritas) bervalensi lima (penta-valens) menghasilkan

semikonduktor tipe N.

- Apabila bahan semikonduktor murni (intrinsik) didoping dengan

bahan impuritas (ketidakmurnian) bervalensi tiga, maka diperoleh

semikonduktor type P.

DAFTAR PUSTAKA

Herman DS. 1996. Elektronika: Teori dan Penerapan. Yogyakarta: FPTK IKIP Yogyakarta.

Tim Fakultas Teknik. 2001. Dasar Semikonduktor. Yogyakarta: Univ. Negeri Yogyakarta.

. 2011. Semikonduktor. http://id.wikipedia.org/wiki/Semikonduktor

. 2008. Dasar Teori Semikonduktor. http://cnej.wordpress.com/2008/11/25/dasar-teori-semikonduktor-3/