Artikel kali ini kita akan belajar dan mengenal dasar Semikonduktor. Semikonduktor adalah komponen elektronika yang paling penting dan merupakan inti dari perangkat elektronika.
Artikel kali ini kita akan belajar dan mengenal dasar Semikonduktor. Semikonduktor adalah komponen elektronika yang paling penting dan merupakan inti dari perangkat elektronika.
Semikonduktor adalah zat yang resistivitasnya terletak di antara konduktor dan isolator. Sifat resistivitas bukan satu-satunya yang menentukan material sebagai semikonduktor, namun memiliki beberapa sifat sebagai berikut.
Semikonduktor memiliki resistivitas yang kurang dari isolator dan lebih banyak dari pada konduktor.
Semikonduktor memiliki suhu negatif yang efisien. Resistansi pada semikonduktor, meningkat seiring dengan turunnya suhu dan sebaliknya.
Sifat Pelaksana dari perubahan Semikonduktor, bila pengotor metalik yang sesuai ditambahkan padanya, yang merupakan properti yang sangat penting.
Perangkat semikonduktor banyak digunakan di bidang elektronika. Transistor telah menggantikan tabung vakum besar, dari mana ukuran dan biaya perangkat turun dan revolusi ini terus meningkatkan kecepatannya menuju penemuan baru seperti peralatan elektronik terpadu. Ilustrasi berikut menunjukkan klasifikasi semikonduktor.
 |
| Gambar 1. Klasifikasi Semikonduktor |
Konduksi di Semikonduktor
Setelah beberapa pengetahuan tentang elektron, Anda datang untuk mengetahui bahwa kulit terluar memiliki elektron valensi yang longgar melekat pada inti. Atom semacam itu, yang memiliki elektron valensi saat dibawa mendekati atom lainnya, elektron valensi dari kedua atom ini bergabung membentuk "pasangan elektron". Ikatan ini tidak begitu kuat dan karenanya merupakan ikatan kovalen.
Misalnya, atom germanium memiliki 32 elektron. 2 elektron di orbit pertama, 8 di orbit kedua, 18 di orbit ketiga, sedangkan 4 di orbit terakhir. Keempat elektron ini adalah elektron valensi atom germanium. Elektron ini cenderung untuk menggabungkan dengan elektron valensi dari atom yang berdampingan, untuk membentuk pasangan elektron, seperti yang ditunjukkan pada gambar berikut.
 |
| Gambar 2. Konduksi di Semikonduktor |
Penciptaan Lubang
Karena energi termal yang dipasok ke kristal, beberapa elektron cenderung bergerak keluar dari tempat mereka dan melepaskan ikatan kovalen. Ini ikatan kovalen rusak, menghasilkan elektron bebas yang mengembara secara acak. Tapi elektron yang bergerak menjauh menciptakan ruang kosong atau valensi di belakang, yang disebut sebagai lubang.
Lubang yang mewakili elektron yang hilang ini dapat dianggap sebagai muatan positif unit sedangkan elektron dianggap sebagai muatan negatif unit. Elektron yang dibebaskan bergerak secara acak namun ketika beberapa medan listrik eksternal diterapkan, elektron-elektron ini bergerak berlawanan arah dengan medan yang diaplikasikan. Namun lubang yang dibuat karena tidak adanya elektron, bergerak ke arah medan yang diaplikasikan.
Lubang Terakhir
Sudah dipahami bahwa ketika ikatan kovalen rusak, sebuah lubang dibuat. Sebenarnya, ada kecenderungan kuat kristal semikonduktor untuk membentuk ikatan kovalen. Jadi, lubang tidak cenderung ada di kristal. Hal ini bisa lebih dipahami dengan gambar berikut, menunjukkan kisi kristal semikonduktor.
 |
| Gambar 3. Lubang Terakhir Semikonduktor |
Sebuah elektron, saat digeser dari tempat A, sebuah lubang terbentuk. Karena kecenderungan pembentukan ikatan kovalen, elektron dari B akan bergeser ke A. Sekarang, sekali lagi untuk menyeimbangkan ikatan kovalen pada B, sebuah elektron akan bergeser dari C ke B. Hal ini berlanjut untuk membangun jalan. Gerakan lubang ini tanpa adanya medan yang diterapkan adalah acak. Tapi saat medan listrik diaplikasikan, lubang melayang di sepanjang bidang terapan, yang merupakan lubang saat ini. Ini disebut sebagai arus lubang tapi bukan arus elektron karena, pergerakan lubang menyumbang aliran arus.
Elektron dan lubang sementara dalam gerakan acak, mungkin bertemu satu sama lain, untuk membentuk pasangan. Rekombinasi ini berakibat pada pelepasan panas, yang menghancurkan ikatan kovalen lainnya. Ketika suhu meningkat, laju pembentukan elektron dan lubang meningkat, sehingga laju rekombinasi meningkat, yang menyebabkan peningkatan kepadatan elektron dan lubang. Akibatnya, konduktivitas kenaikan semikonduktor dan resistivitasnya menurun, yang berarti koefisien temperatur negatif.
Semikonduktor intrinsik
Semikonduktor dalam bentuknya yang sangat murni dikatakan sebagai semikonduktor intrinsik. Sifat semikonduktor murni ini adalah sebagai berikut -
- Elektron dan lubang hanya diciptakan oleh eksitasi termal.
- Jumlah elektron bebas sama dengan jumlah lubang.
- Kemampuan konduksi kecil pada suhu kamar.
Untuk meningkatkan kemampuan konduksi semikonduktor intrinsik, lebih baik menambahkan beberapa kotoran. Proses penambahan kotoran ini disebut Doping. Sekarang, semikonduktor intrinsik doping ini disebut sebagai Semikonduktor Intrinsik.
Proses Doping Semikonduktor
Proses menambahkan kotoran ke bahan semikonduktor disebut sebagai doping. Pengotor yang ditambahkan, umumnya bersifat pentavalen dan kotoran trivalen.
Pengotor Pentavalen
- Pengotor pentavalen adalah elektron yang memiliki lima elektron valensi di orbit paling luar. Contoh: Bismuth, Antimon, Arsenik, Fosfor
- Atom pentavalen disebut sebagai atom donor karena menyumbangkan satu elektron ke pita konduksi atom semikonduktor murni.
Pengotor Trivalen
- Kotoran trivalen adalah elektron yang memiliki tiga elektron valensi di orbit paling luar. Contoh: Gallium, Indium, Aluminium, Boron
- Atom trivalen disebut sebagai atom akseptor karena atom tersebut menerima satu elektron dari atom semikonduktor.
Semikonduktor ekstrinsik
Sebuah semikonduktor murni, yang dibentuk oleh doping semikonduktor murni disebut sebagai semikonduktor ekstrinsik. Ada dua jenis semikonduktor ekstrinsik tergantung pada jenis kenajisan yang ditambahkan. Mereka adalah semikonduktor ekstrinsik tipe-N dan semikonduktor ekstrinsik P-Type.
Semikonduktor ekstrinsik Tipe N
Sejumlah kecil pengotor pentavalen ditambahkan ke semikonduktor murni untuk menghasilkan semikonduktor ekstrinsik tipe N. Pengotor yang ditambahkan memiliki 5 elektron valensi.
Sebagai contoh, jika atom Arsenik ditambahkan ke atom germanium, empat elektron valensi dilekatkan pada atom Ge sementara satu elektron tetap sebagai elektron bebas. Ini seperti yang ditunjukkan pada gambar berikut.
 |
| Gambar 4. Semikonduktor Tipe N |
Semua elektron bebas ini membentuk arus elektron. Oleh karena itu, pengotor bila ditambahkan ke semikonduktor murni, menyediakan elektron untuk konduksi.
- Pada semikonduktor ekstrinsik tipe-N, karena konduksi terjadi melalui elektron, elektron adalah pembawa mayoritas dan lubangnya adalah pembawa minoritas.
- Karena tidak ada penambahan muatan positif atau negatif, elektron secara elektrik netral.
- Bila medan listrik diterapkan pada semikonduktor tipe-N, yang mana pengotor pentavalen ditambahkan, elektron bebas bergerak menuju elektrode positif. Ini disebut sebagai konduktivitas tipe negatif atau N.
Semikonduktor Ekstrim Tipe-P
Sejumlah kecil pengotor trivalen ditambahkan ke semikonduktor murni untuk menghasilkan semikonduktor ekstrinsik tipe-P. Pengotor yang ditambahkan memiliki 3 elektron valensi. Sebagai contoh, jika atom Boron ditambahkan ke atom germanium, tiga elektron valensi dilekatkan pada atom Ge, untuk membentuk tiga ikatan kovalen. Tapi, satu elektron lagi di germanium tetap ada tanpa membentuk ikatan apapun. Karena tidak ada elektron dalam boron yang tersisa untuk membentuk ikatan kovalen, ruang tersebut diperlakukan sebagai lubang. Ini seperti yang ditunjukkan pada gambar berikut.
 |
| Gambar 5. Semikonduktor Tipe P |
Pengotor boron bila ditambahkan dalam jumlah kecil, memberikan sejumlah lubang yang membantu konduksi. Semua lubang ini merupakan lubang arus.
- Pada semikonduktor ekstrinsik P-jenis, karena konduksi terjadi melalui lubang, lubang adalah pembawa mayoritas sedangkan elektron adalah pembawa minoritas.
- Pengotor yang ditambahkan di sini menyediakan lubang yang disebut sebagai akseptor, karena mereka menerima elektron dari atom germanium.
- Karena jumlah lubang ponsel tetap sama dengan jumlah akseptor, semikonduktor Ptype tetap netral secara elektrik.
- Bila medan listrik diterapkan pada semikonduktor tipe-P, yang pengotornya trivalen ditambahkan, lubang bergerak menuju elektrode negatif, namun dengan kecepatan lambat dari pada elektron. Ini disebut sebagai konduktivitas tipe-P.
- Dalam konduktivitas tipe-P ini, elektron valensi bergerak dari satu ikatan kovalen ke ikatan lainnya, tidak seperti tipe-N.
Mengapa Silikon Diutamakan di Semikonduktor?
Di antara bahan semikonduktor seperti germanium dan silikon, bahan yang digunakan secara luas untuk pembuatan berbagai komponen elektronik adalah Silicon (Si). Silikon lebih disukai daripada germanium karena berbagai alasan seperti :
- Gap energi adalah 0.7ev, sedangkan 0.2ev untuk germanium.
- Generasi pasangan termal lebih kecil.
- Pembentukan Lapisan SiO2 mudah untuk silikon, yang membantu dalam pembuatan banyak komponen seiring dengan teknologi integrasi.
- Si mudah ditemukan di alam daripada Ge.
- Kebisingan kurang dalam komponen yang terdiri dari Si daripada di Ge.
Oleh karena itu, Silikon digunakan dalam pembuatan banyak komponen elektronik, yang digunakan untuk membuat sirkuit yang berbeda untuk berbagai keperluan. Komponen ini memiliki sifat individu dan kegunaan tertentu.
Komponen elektronik utama meliputi - Resistor, resistor variabel, Kapasitor, kapasitor variabel, induktor, dioda, dioda terowongan, dioda Varactor, transistor, BJT, UJT, FET, MOSFET, LDR, LED, sel surya, termistor, Varistor, transformer, switch , Relay, dll.
Sumber : Tutorialspoint.com
COMMENTS