BAHAN SEMIKONDUKTOR

ARNA PUTRI_14708251076

RIZAL NASRUL EFENDI_14708251091

PENGERTIAN SEMIKONDUKTOR

Semikonduktor (setengah penghantar) adalah bahan yang mempunyai daya hantar yang besarnya antara harga daya hantar konduktor dan daya hantar isolator.

Bahan semikonduktor adalah bahan yang bersifat setengah konduktor karena celah energi yang dibentuk oleh struktur bahan ini lebih kecil dari celah energi bahan isolator tetapi lebih besar dari celah energi bahan konduktor, sehingga memungkinkan elektron berpindah dari satu atom penyusun ke atom penyusun lain dengan perlakuan tertentu terhadap bahan tersebut (pemberian tegangan, perubahan suhu dan sebagainya). Oleh karena itu semikonduktor bisa bersifat setengah menghantar.

Bersifat isolator pada temperatur yang sangat rendah, namun pada temperatur ruang akan bersifat sebagai konduktor.

KARAKTERISTIK BAHAN SEMIKONDUKTOR

Semikonduktor elemental Semikonduktor elemental terdiri atas unsur – unsur pada sistem periodik golongan IV A seperti silikon (Si), Germanium (Ge) dan Karbon (C). Karbon semikonduktor ditemukan dalam bentuk kristal intan. Semikonduktor intan memiliki konduktivitas panas yang tinggi sehingga dapat digunakan dengan efektif untuk mengurangi efek panas pada pembuatan semikonduktor laser. Semikonduktor gabungan Semikonduktor gabungan (kompon) terdiri atas senyawa yang dibentuk dari logam unsur periodik golongan IIB dan IIIA (valensi 2 dan 3) dengan non logam pada golongan VA dan VIA (valensi 5 dan 6) sehingga membentuk ikatan yang stabil (valensi 8). Semikonduktor gabungan III dan V misalnya GaAs dan InP, sedangakan gabungan II dan VI misalnya CdTe dan ZnS.

CELAH ENERGI PADA BAHANSuatu hal yang penting untuk memahami semikonduktor adalah proses konduksi elektronik. Konduksi elektronik bahan dipengaruhi oleh jarak pita konduksi dan pita valensi bahan. Pada konduktor, kedua pita tersebut saling menumpuk. Pada isolator jarak keduanya cukup jauh. Sedangkan pada semi konduktor jarak keduanya tidak terlalu jauh dan tidak terlalu dekat dan ini memungkinkan tumpang tindih jika dipengaruhi, misalnya panas, medan magnet dan tegangan yang cukup tinggi. Jarak kedua pita tersebut adalah celah energi, seperti gambar dibawah ini:

CELAH ENERGI TIAP BAHAN

Pada celah energi isolator (misal intan) sebesar 6 eV, pita

larangan yang jauh ini memisahkan pita valensi yang

terisi dengan pita konduksi yang kosong.

Pada celah energi konduktor (misal metal) pita konduksi

terisi sebagian dengan jarak yang rapat dengan pita

valensi.

Pada celah energi semikonduktor (misal Silikon) sebesar

1,1 eV, jarak pita konduksi dan pita valensi tidak jauh

dan tidak rapat. Pada saat suhu naik elektron pada pita

valensi mampu berpindah ke pita konduksi sehingga

bahan ini menjadi sedikit konduktif.

KLASIFIKASI SEMIKONDUKTOR

Semikonduktor intrinsik

Adalah semikonduktor yang terdiri atas satu unsur

saja, misalnya Si saja atau Ge saja. Pada

semikonduktor intrinsik, timbul konduksi pada bahan-

bahan tersebut karena proses intrinsik (misalnya

proses termal) dari bahan dan tanpa pengaruh

tambahan.

Terbentuk dari semikonduktor murni yang memiliki ikatan

kovalen sempurna seperti Si, Ge, C dan sebagainya.

• Pada kondisi normal atom – atom Si saling berikatan melalui 4 ikatan kovalen (masing – masing memiliki 2 elektron valensi).

• Ketika suhu dinaikkan maka stimulasi panas akan mengganggu ikatan valensi ini sehingga salah satu elektron valensi akan berpindah ke pita konduksi.

• Lokasi yang ditinggalkan oleh elektron valensi ini akan membentuk hole.

• Pasangan hole dan elektron ini menjadi pembawa muatan dalam semikonduktor intrinsik.

Semikonduktor Ekstrinsik

Adalah semikonduktor yang telah terkotori (tidak murni

lagi) oleh penambahan atom pengotor (doping)

menyebabkan struktur pita dan resisitivitasnya

berubah.

Terdapat tiga jenis semikonduktor ekstrinsik

1. Semikonduktor tipe-n

2. Semikonduktor tipe-p

3. Semikonduktor paduan

TEKNIK DOPING (PENGOTORAN)Terdapat 2 (dua) cara pengotoran, yaitu: Atom donor (pemberi elektron) Atom akseptor (penerima/penyerap

elektron bebas)

ATOM DONOR Jika semikonduktor murni dikotori dengan bahan yang memiliki elektron valensi 5, misalnya bismut, fosfor, atau arsenik, maka semikonduktor tersebut menjadi jenis n.

elektron

Atom Donor

ATOM AKSEPTORJika semikonduktor murni dikotori dengan bahan lain yang memiliki elektron valensi 3, misalnya indium, boron, atau galium, maka semikonduktor tersebut menjadi jenis p.

hole

Atom aseptor

1. Semi konduktor tipe N• 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 (pengotornya oleh atom pentavalent P, As, Sb) yang siap melepaskan elektron.

Semikonduktor Tipe-N

2. Semikonduktor Tipe-P• Kalau Silikon diberi doping

Boron, Gallium atau Indium, maka akan didapat semikonduktor tipe-p.

• Untuk mendapatkan silikon tipe-p, bahan dopingnya adalah bahan trivalen 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.

Semikondukor tipe-P

2. SEMIKONDUKTOR EKSTRINSIK TIPE-P

Semikonduktor tipe-p, dimana konsentrasi lubang

lebih tinggi dibandingkan elektron, dapat diperoleh

dengan menambahkan atom akseptor. Pada Si dan

Ge, atomnya aseptor adalah unsur bervalensi tiga

(kelompok III pada susunan berkala) misalnya B

(boron), Al (alumunium), atau Ga (galium).

SEMIKONDUKTOR PADUAN

Semikonduktor paduan (compound semiconductor) dapat diperoleh dari

unsur valensi tiga dan valensi lima (paduan III-V, misalnya GaAs atau GaSb)

atau dari unsur valensi dua dan valensi enam (paduan II-VI, misalnya ZnS).

Dengan menambahkan elektron maka semikonduktor

akan bersifat negatif. Sebaliknya dengan mengurangi

elektron maka bahan akan bersifat positif.

Tipe N Tipe P

-+ ++++

---- -+ -+++

----

hole

-+ +++

---+

Normal

Jika mendapat rangsangan dari luar maka elektron

akan bergerak mengisi hole yang terdekat.

Kedudukannya semula akan berubah menjadi hole

yang nantinya akan diidi oleh elektron yang terdekat.

Penggunaan Bahan Semikonduktor1. Dioda

Diode adalah komponen yang memiliki dua terminal atau dua electrode yang berfungsi sebagai penghantar arus listrik dalam satu arah. Dengan kata lain diode bekerja sebagai Konduktor bila beda potensial listrik yang diberikan dalam arah tertentu (Bias Forward) tetapi diode akan bertindak sebagai Isolator bila beda potensial listrik diberikan dalam arah yang berlawanan (Bias Reverse) Tipe dasar dari diode adalah diode sambungan PN.

2. TransistorTransistor adalah komponen elektronik yang dibuat dari materi semikonduktor yang dapat mengatur tegangan dan arus yang mengalir melewatinya dan dapat berfungsi sebagai saklar elektronik dan gerbang elektronik.

3. IC (Integated Circuit)

Integrated Circuit merupakan komponen elektronik yang terdiri atas beberapa terminal transistor yang tergabung membentuk gerbang. Masing – masing gerbang dapat dioperasikan sehingga membentuk logika tertentu yang dapat mengendalikan pengoperasian suatu perangkat elektronik. Gabungan dari beberapa buah IC dan komponen lain dapat diproduksi dengan menggunakan bahan semikonduktor dalam bentuk chip. Chip multifungsi ini kemudian dikenal sebagai mikroprosesor yang berkembang hingga sekarang.

Macam-macam Semikonduktor dan Penggunaannya

SOAL1. Semikonduktor adalah bahan yang mempunyai ...

a. daya hambat yang nilainya lebih besar dari

bahan isolator

b. daya hantar yang besarnya sama antara harga

daya hantar konduktor dan daya hantar isolator.

c. Tegangannya lebih kecil dari isolator

d. Tegangannya sama dengan konduktor

Jawaban: B

2. Pada suhu rendah semikonduktor akan bersifat? a. isolator b. konduktor

c. isoator dan konduktor d. semikonduktor

Jawaban: A

3. Berikut yang bukan merupakan bahan semikonduktor adalah...a. Silikon b. Aurumc. Germanium d. Galium

Jawaban: B

Jawaban: B

4. Pengotoran (doping) pada bahan semikonduktor ektrinsik dimaksudkan untuk...a. menurunkan daya hantar listriknyab. menurunkan resistivitasnyac. memperbesar celah energinyad. meperbesar hambat jenisnya

5. Ketika Silikon diberi doping Boron, Gallium atau Indium,maka akan didapat semikonduktor tipe…….

a. tipe-M c. Tipe-P

b. Tipe-N d. Tipe-N dan Tipe-P

Jawaban: C

6. Ketika sebuah semikonduktor intrinsik dipanaskan,

hambatannya...

a. mula-mula bertambah kemudian berkurang

b. mula-mula berkurang kemudian bertambah

c. berkurang

d. tetap sama

Jawaban: A

7. Dalam suatu semikonduktor, penghantaran arus

dilakukan...

a. hanya oleh lubang-lubang

b. hanya oleh elektron-elektron bebas

c. hanya oleh proton-proton

d. oleh lubang dan elektron bebas

Jawaban: D

8. suatu semikonduktor jenis-N adalaha. bermuatan positifb. netral secara listrikc. bermuatan negatifd. bermuatan negatif atau positif

bergantung pada atom pengotornya

Jawaban: C

9. Di bawah komponen elektronik yang

menggunakan bahan semikonduktor

kecuali…

a. Dioda

b. baterai

c. Transistor

d. IC

Jawaban: B

10. Diode adalah komponen yang memiliki dua terminal atau dua electrode yang berfungsi sebagai

a. pengatur tegangan c. penghantar arus listrikb. Saklar elektronik d. mengatur arus yang melewatinya

Jawaban: C