MAKALAH

“SEMIKONDUKTOR”

Disusun guna memenuhi salah satu tugas

Mata Kuliah Ilmu Bahan Listrik yang diampu oleh

Bapak Ketut Ima Ismara, M.Pd.

Disusun oleh ;

Aziz Khanifan / 08506131007

Nur Budi H. / 08506131001

Sidik Purnomo / 08506131017

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS NEGERI YOGYAKARTA

2008

1

KATA PENGANTAR

Puji syukur kami panjatkan kehadirat Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat

dan hidayahNya sehingga kami dapat mengerjakan dan menyelesaikan penyusunan

makalah ini, meskipun disadari sepenuhnya makalah ini masih banyak kekurangannya.

Penulisan makalah ini dibuat untuk memenuhi tugas mata kuliah Ilmu Bahan

Listrik dan untuk mengetahui lebih lanjud tentang ilmu bahankhususnya bahan

Semikonduktor.

Dalam penulisan makalah Semikonduktor 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. Bapak Ketut Ima Ismara, M.Pd. selaku pengampu mata kuliah Ilmu Bahan Listrik.

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 ini selain

ucapan terima kasih.

Tiada yang sempurna di dunia ini selain Allah SWT, dan penyusun menyadari

bahwa masih banyak kesalahan-kesalahan dalam penulisan makalah Semikonduktor .

Untuk itu penyusun mohon kritik dan saran yang bersifat membangun dari pembaca.

Penyusun berharap tugas makalah semikonduktor ini dapat bermanfaat bagi penyusun

pribadi dan pembaca pada umumnya.

Yogyakarta, Desember 2008

Penulis

2

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL..................................................................................................iKATA PENGANTAR...............................................................................................iiDAFTAR ISI..............................................................................................................iiiABSTRAK.................................................................................................................iv

BAB I PENDAHULUAN..........................................................................................11. Latar Belakang Masalah.................................................................................12. Rumusan Masalah..........................................................................................2

BAB II PEMBAHASAN...........................................................................................31. Pengertian.......................................................................................................32. Susunan Atom Semikonduktor......................................................................43. Proses Semikonduktor....................................................................................54. Bahan Semikonduktor....................................................................................65. Cara Kerja Semikonduktor.............................................................................86. Pengelompokan Semikonduktor....................................................................107. Alat Semikonduktor.......................................................................................14

BAB III PENUTUP....................................................................................................201. Kesimpulan....................................................................................................202. Penutup...........................................................................................................21

DAFTAR PUSTAKA................................................................................................22

3

ABSTRAK

Peralatan 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.

5

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.

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.

6

BAB II

PEMBAHASAN

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 didefinsikan sebagai ratio dari rapat arus terhadap kuat

medan listrik :

.

Pada beberapa jenis bahan dimungkinkan terdapat konduktivitas listrik yang

anisotropik. Lawan dari konduktivitas listrik adalah resistivitas listrik atau biasa disebut

sebagai resistivitas saja, yaitu ;

7

.

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. 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 (0°K). 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,

8

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.

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

9

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.

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.

10

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.

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 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

Mikro

5 Germanium (Ge) Diode, transistor

6 Indium antimonida (In Sb) Magnetoresistor, piezoresistor,

detektor

radiasi inframerah

7 Indium arsenida (In As) Piezoresistor

8 Silikon (Si) Diode, transistor, IC

9 Silikon Carbida (Si Cb) Varistor

10 Seng Sulfida (Zn S) Perangkat penerangan elektro

11

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,

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.

5. 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

12

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.

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

13

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 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.

6. PENGELOMPOKAN SEMIKONDUKTOR

Semikonduktor saat ini mempunyai peranan penting di bidang elektronika dan

penggunaannya tidak terbatas pada arus lemah. Hal penting dalam semi konduktor adalah

14

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 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)

Si (ev) Ge (ev)

Pospor

Arsen

Antimon

0,044

0,049

0,039

0,012

0,013

0,010

Bahan Pengotoran

(Tipe – P)

Si (ev) Ge (ev)

Boron

Aluminium

Gallium

0,045

0,057

0,065

0,010

0,010

0,011

15

Indium 0,16 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

. Maka dari itu diperlukan gradien medan 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 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 ;

Dimana Ef : tingkat fermi, K : konstanta boltzman = 8,64.10–5 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 :

16

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 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.

17

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.

gb 4. struktur stom semikonduktor type – p.

7. 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

18

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

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

19

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 dilekatkan–pakai 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.

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.

20

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 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.

21

GB 7.Transistor NPN dan PNP.

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.

22

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.

23

BAB III

PENUTUP

1. KESIMPULAN

Dari hasil presentasi pembahasan dan penyusunan makalah ini sekiranya kami dapat

menyimpulkan isi dari makalah ini yakni ;

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.

24

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

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.

25

DAFTAR PUSTAKA

Priowirjanto Gatot. (2003) Ilmu Bahan Listrik 2. (http://ilmubahanlistrik/pdf)

Setiabudy Rudy. (2007) Material Teknik Listrik. Jakarta. Universitas Indonesia(UI-Press)

Sumanto. (2005) Pengetahuan Bahan Mesin dan Listrik. Yogyakarta. Andi Offset

S Wasito. (1998) Pelajaran Elektronika 1A. Jakarta. Pusat Kursus – Kursus

Zuhair. (2006) Penerapan Konsep Dasar Listrik dan Elektronika. Yokyakarta. SMK N 3 Yogyakarta

______(http://semikonduktor/pengertian/alat/susunanatom/bahan/ppt/)

26