3-3-3-0 - System Digital

SISTEM DIGITAL
SEMI KONDUKTOR
KELOMPOK 4
ILMU KOMPUTER
FASILKOM-TI USU
SEMIKONDUKTOR
LATAR BELAKANG
Semikonduktor adalah sebuah bahan dengan konduktivitas listrik yang berada di
antara insulator (isolator) dan konduktor. Semikonduktor disebut juga sebagai bahan setengah
penghantar listrik. Suatu semikonduktor bersifat sebagai insulator jika tidak diberi arus listrik
dengan cara dan besaran arus tertentu, namun pada temperatur, arus tertentu, tatacara
tertentu dan persyaratan kerja semikonduktor berfungsi sebagai konduktor, misal sebagai
penguat arus, penguat tegangan dan penguat daya. Untuk menggunakan suatu semikonduktor
supaya bisa berfungsi harus tahu spesifikasi dan karakter semikonduktor itu, jika tidak
memenuhi syarat operasinya maka akan tidak berfungsi dan rusak. Bahan semikonduktor yang
sering digunakan adalah silikon, germanium, dan gallium arsenide.
Semikonduktor sangat berguna dalam bidang elektronik, karena konduktansinya yang dapat
diubah-ubah dengan menyuntikkan materi lain (biasa disebut pendonor elektron).
PENJELASAN
Apabila kita berbicara tentang elektronika maka tidak akan lepas dari
semikonduktor. Memang pada awal kelahirannya elektronika didefenisikan sebagai cabang ilmu
listrik yang mempelajari pergerakan muatan didalam gas ataupun vakum. Penerapannya sendiri
juga menggunakan komponen-komponen yang utamanya memanfaat kedua medium ini, yang
dikenal sebagai Vacuum Tube. Akan tetapi sejak ditemukannya transistor, terjadi perubahan
trend dimana penggunaan semikonduktor sebagai pengganti material komponen semakin
populer dikalangan praktisi elektronika. Puncaknya adalah saat ditemukannya Rangkaian
Terpadu (Integrated Circuit) pada akhir dekade 50-an yang telah menyederhanakan berbagai
rangkaian yang sebelumnya berukuran besar menjadi sangat kecil. Selain itu penggunaan
material semikonduktor juga memberikan fleksibilitas dalam penerapannya.
Operasi semua komponen benda padat seperti dioda, LED, Transistor Bipolar dan FET
serta Op-Amp atau rangkaian terpadu lainnya (solid state) didasarkan atas sifat-sifat
semikonduktor. Secara umum 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 magnit, tetapi
pada semikonduktor sifat-sifat tersebut sangat sensitif.
Elemen terkecil dari suatu bahan yang masih memiliki sifat-sifat kimia dan fisika yang
sama adalah atom. Suatu atom terdiri atas tiga partikel dasar, yaitu: neutron,proton, dan
elektron. Dalam struktur atom, proton dan neutron membentuk inti atom yang bermuatan
positip dan sedangkan elektron-elektron yang bermuatan negatip mengelilingi inti. Elektronelektron ini tersusun berlapis-lapis. Struktur atom dengan model Bohr dari bahan
semikonduktor yang paling banyak digunakan, silikon dan germanium terlihat pada gambar 1.1.
Seperti ditunjukkan pada gambar 1.1 atom silikon
mempunyai elektron yang mengorbit (yang
mengelilingi inti) sebanyak 14 dan atom
germanium mempunyai 32 elektron. Pada atom
yang seimbang (netral) jumlah elektron dalam
orbit sama dengan jumlah proton dalam inti.
Muatan listrik sebuah elektron adalah: - 1.602-19
C dan muatan sebuah proton adalah: + 1.602-19
C.
Elektron yang menempati lapisan terluar disebut sebagai elektron valensi. Aktifitas kimiawi dari
sebuah unsur terutama ditentukan oleh jumlah elektron valensi ini. Unsur-unsur pada tabel
periodik telah disusun sedemikian rupa berdasarkan jumlah elektron valensinya. Silikon (Si) dan
Germanium (Ge) berada pada Grup IV karena memiliki empat elektron valensi pada kulit
terluarnya, sehingga disebut juga semikonduktor dasar (elemental semiconductor). Sedangkan
Gallium Arsenik(GaAs) masing-masing berada pada Grup III dan V, sehingga dinamakan
semikonduktor gabungan (compound semiconductor).
Atom-atom silikon yang berdiri sendiri dapat digambarkan sebagai lambang unsur (Si)
dengan empat buah garis kecil yang terpisah (Gambar 1).Oleh karena itu baik atom silikon
maupun atom germanium disebut juga dengan atom tetra-valent (bervalensi empat). Saat
atom-atom ini berdampingan cukup, elektron valensinya akan berinteraksi untuk menghasilkan
kristal. Struktur akhir kristalnya sendiri adalah dalam konfigurasi thetahedral sehingga setiap
atom memiliki empat atom lainnya yang berdekatan. Elektron-elektron valensi dari setiap atom
akan bergabung dengan elektron valensi dari atom didekatnya, membentuk apa yang disebut
ikatan kovalen (covalent bonds) seperti terlihat pada Gambar 2. Struktur kisi-kisi kristal silikon
murni ini dapat digambarkan secara dua dimensi guna memudahkan pembahasan. Lihat
gambar 1.2. Salah satu sifat penting dari struktur ini adalah bahwa elektron valensi selalu
tersedia pada tepi luar kristal sehingga atom-atom silikon lain dapat terus ditambahkan untuk
membentuk kristal yang lebih besar.
Meskipun terikat dengan kuat dalam struktur kristal, namun bisa saja elektron valensi
tersebut keluar dari ikatan kovalen menuju daerah konduksi apabila diberikan energi panas.
Bila energi panas tersebut cukup kuat untuk memisahkan elektron dari ikatan kovalen maka
elektron tersebut menjadi bebas atau disebut dengan elektron bebas. Pada suhu ruang
terdapat kurang lebih 1.5 x 1010 elektron bebas dalam 1 cm3 bahan silikon murni (intrinsik) dan
2.5 x 1013 elektron bebas pada germanium. Semakin besar energi panas yang diberikan
semakin banyak jumlah elektron bebas yang keluar dari ikatan kovalen, dengan kata lain
konduktivitas bahan meningkat. Setiap elektron yang menempati suatu orbit tertentu dalam
struktur atom tunggal (atau terisolasi) akan mempunyai level energi tertentu. Semakin jauh
posisi orbit suatu elektron, maka semakin besar level energinya. Oleh karena itu elektron yang
menduduki posisi orbit terluar dalam suatu struktur atom atau yang disebut dengan elektron
valensi, akan mempunyai level energi terbesar. Sebaliknya elektron yang paling dekat dengan
inti mempunyai level energi terkecil. Level energi dari atom tunggal dapat dilihat pada gambar
1.3.
Di antara level energi individual yang dimiliki elektron pada orbit tertentu
terdapat celah energi yang mana tidak dimungkinkan adanya elektron mengorbit.
Oleh karena itu celah ini disebut juga dengan daerah terlarang. Suatu elektron tidak dapat
mengorbit pada daerah terlarang, tetapi bisa melewatinya dengan cepat. Misalnya bila suatu
elektron pada orbit tertentu mendapatkan energi tambahan dari luar (seperti energi panas),
sehingga level energi elektron tersebut bertambah besar, maka elektron akan meloncat ke orbit
berikutnya yang lebih luar yakni dengan cepat melewati daerah terlarang. Hal ini berlaku juga
sebaliknya, yaitu apabila suatu elektron dipaksa kembali ke orbit yang lebih dalam, maka
elektron akan mengeluarkan energi.
Dengan kata lain, elektron yang berpindah ke orbit lebih luar akan membutuhkan
energi, sedangkan bila berpindah ke orbit lebih dalam akan mengeluarkan energi. Besarnya
energi dari suatu elektron dinyatakan dengan satuan elektron volt (eV). Hal ini disebabkan
karena definisi energi merupakan persamaan: W = Q . V
dimana:
W = energi Joule (J)
Q = muatan (Coulomb)
V = potensial listrik [Volt (V)]
Dengan potensial listrik sebesar 1 V dan muatan elektron sebesar 1.602-19 C, maka
energi dari sebuah elektron dapat dicari: W = (1.602-19 C) (1 V) = 1.602-19 J
Hasil tersebut menunjukkan bahwa untuk memindahkan sebuah elektron melalui beda
potensial sebesar 1 V diperlukan energi sebesar 1.602-19 J. Atau dengan kata lain: 1 eV = 1.60219 J.
Bila atom-atom tunggal dalam suatu bahan saling berdekatan (dalam kenyatannya
memang mesti demikian) sehingga membentuk suatu kisi-kisi kristal, makaatom-atom akan
berinteraksi dengan mempunyai ikatan kovalen. Karena setiap elektron valensi level energinya
tidak tepat sama, maka level energi jutaan elektron valensi dari suatu bahan akan membentuk
range energi atau yang disebut dengan pita energi valensi atau pita valensi. Gambar 1.4
menunjukkan diagram pita energi dari bahan isolator, semikonduktor dan konduktor.
Suatu energi bila diberikan kepada elektron valensi, maka elektron tersebut akan
meloncat keluar. Oleh karena elektron valensi terletak pada orbit terluar dari struktur atom,
maka elektron tersebut akan meloncat ke daerah pita konduksi. Pita konduksi merupakan level
energi dimana elektron terlepas dari ikatan inti atom atau menjadi elektron bebas. Jarak energi
antara pita valensi dan pita konduksi disebut dengan pita celah atau daerah terlarang. Seberapa
besar perbedaan energi, Eg, (jarak energi) antara pita valensi danpita konduksi pada suatu
bahan akan menentukan apakah bahan tersebut termasuk isolator, semikonduktor atau
konduktor. Eg adalah energi yang diperlukan oleh elektron valensi untuk berpindah dari pita
valensi ke pita konduksi. Eg dinyatakan dalam satuan eV (elektron volt). Semakin besar Eg,
semakin besar energi yang dibutuhkan elektron valensi untuk berpindah ke pita konduksi. Pada
bahan-bahan isolator jarak antara pita valensi dan pita konduksi (daerah terlarang) sangat jauh.
Pada suhu ruang hanya ada sedikit sekali (atau tidak ada) elektron valensi yang sampai keluar
ke pita konduksi. Sehingga pada bahan-bahan ini tidak dimungkinkan terjadinya aliran arus
listrik. Diperlukan Eg paling tidak 5 eV untuk mengeluarkan elektron valensi ke pita konduksi.
Pada bahan semikonduktor lebar daerah terlarang relatif kecil. Pada suhu mutlak 0'
Kelvin, tidak ada elektron valensi yang keluar ke pita konduksi, sehingga pada suhu ini bahan
semikonduktor merupakan isolator yang baik.Beberapa elektron mungkin memperoleh cukup
energi thermal untuk memutuskan ikatan kovalen dan keluar dari posisi awalnya. Untuk
memutus ikatan kovalen ini, elektron tersebut mesti memperoleh sejumlah energi minimum,
Eg, atau sering juga disebut energi bandgap. Pada bahan silikon dan germanium masing-masing
Eg-nya adalah 1.1 eV dan 0.67 eV.
Elektron yang memperoleh energi minimum ini sekarang berada pada pita konduksi dan
dikatakan menjadi elektron bebas. Elektron bebas ini didalam pita konduksi dapat berpindahpindah sepanjang struktur. Jumlah aliran elektron pada pita konduksi inilah yang lalu akan
menghasilkan arus.
Diagram pita energi ini dapat dilihat pada gambar diatas. Energi Ev adalah energi
maksimum dari pita energi valensi, sedangkan energi Eg adalah perbedaan antara Ec dan Ev.
Daerah antara kedua energi ini disebut sebagai forbidden bandgap. Elektron-elektron tidak
dapat berada pada daerah ini, tetapi mereka dapat berpindah dari pita valensi ke pita konduksi
apabila memperoleh cukup energi.
Unsur yang memiliki energi bandgap yang besar, sekitar 3-6 elektron-Volt (eV) adalah
isolator, karena pada suhu kamar, tidak ada elektron bebas yang berada pada pita konduksi.
Sebaliknya, unsur yang mengandung elektron bebas dalam jumlah yang sangat banyak pada
suhu kamar adalah konduktor. Pada semikonduktor, energi bandgap-nya berada pada kisaran 1
eV.
Karena muatan total dari unsur adalah netral, apabila elektron yang bermuatan negatif
memecah ikatan kovalennya dan keluar dari posisi awalnya, sebuah ruang kosong yang
bermuatan positif akan terbentuk pada posisi tersebut. Dengan meningkatnya suhu, maka akan
lebih banyak ikatan kovalen yang pecah dan lebih banyak pula elektron bebas maupun ruang
kosong positif akan terbentuk.
Elektron valensi dengan energi thermal tertentu dan berdekatan dengan sebuah ruang
kosong dapat berpindah posisi tersebut, sehingga terlihat seperti muatan positif yang bergerak
diantara semikonduktor. Partikel bermuatan positif ini disebut hole. Pada gambar 1.4 dilukiskan
dengan lingkaran kosong. Meskipun hole ini secara fisik adalah kosong, namun secara listrik
bermuatan positip, karena ditinggalkan oleh energi elektron yang bermuatan negatip. Level
energi suatu hole adalah terletak pada pita valensi, yaitu tempat asalnya elektron valensi.
Apabila ada elektron valensi berpindah dan menempati suatu hole dari atom sebelahnya, maka
hole menjadi tersisi dan tempat dari elektron yang berpindah tersebut menjadi kosong atau
hole. Dengan demikian arah gerakan hole (seolah-olah) berlawanan dengan arah gerakan
elektron.
Sedangkan pada bahan konduktor pita valensi dan pita konduksi saling tumpang tindih.
Elektron-elektron valensi sekaligus menempati pada pita konduksi. Oleh karena itu pada bahan
konduktor meskipun pada suhu O derajat K, cukup banyak elektron valensi yang berada di pita
konduksi (elektron bebas).
Pada semikonduktor, dua jenis partikel bermuatan ini berjasa dalam menghasilkan arus :
elektron bebas yang bermuatan negatif, serta hole yang bermuatan positif. Konsentrasi
elektron dan hole adalah parameter penting dalam karakterikstik dari sebuah unsur
semikonduktor, karena mereka berpengaruh langsung terhadap besarnya arus.
SEMIKONDUKTOR INSTRINSIK (MURNI)
Semikonduktor instrinsik adalah sebuah unsur semikonduktor kristal tunggal tanpa
atom jenis lain didalamnya. Pada sebuah semikonduktor instrinsik, kepadatan elektron dan hole
adalah sama (seimbang), karena satu-satunya sumber partikel ini adalah elektron dan hole yang
terbentuk secara thermal. Untuk itu, kita menggunakan notasi ni untuk menyatakan
konsentrasi pembawa intrinsik, yakni konsentrasi dari elektron bebas ataupun hole. Rumus
untuk nilai ni ini adalah sebagai berikut :
Dimana :
B adalah koefisien yang spesifik terhadap unsur semikonduktornya
Eg adalah energi bandgap (eV)
T adalah suhu atau temperatur (K)
k adalah konstanta Boltzman (86 X 10-6 eV/K)
e notasi eksponensial
Nilai B dan E unsur dapat dilihat pada tabel dibawah ini,
Konsentrasi instrinsik ni adalah parameter penting yang sering muncul dalam persamaanpersamaan arus-tegangan pada komponen semikonduktor.
*elektron-Volt (eV) adalah satuan energi dimana sebuah elektron dipercepat melalui medan
listrik sebesar 1 V, dan 1 eV setara 1.6e-19 Joule
SEMIKONDUKTOR EKSTRINSIK (TAK MURNI)
SEMIKONDUKTOR TIPE-n
Semikonduktor tipe-n dapat dibuat dengan menambahkan sejumlah kecil atom
pengotor pentavalen (antimony, phosphorus atau arsenic) pada silikon murni. Atom-atom
pengotor (dopan) ini mempunyai lima elektron valensi sehingga secara efektif memilikimuatan
sebesar +5q. Saat sebuah atom pentavalen menempati posisi atom silicon dalam kisi kristal,
hanya empat elektron valensi yang dapat membentuk ikatan kovalen lengkap, dan tersisa
sebuah elektron yang tidak berpasangan (lihat Gambar diatas). Dengan adanya energi thermal
yang kecil saja, sisa elektron ini akan menjadi electron bebas dan siap menjadi pembawa
muatan dalam proses hantaran listrik. Material yang dihasilkan dari proses pengotoran ini
disebut semikonduktor tipe-n karena menghasilkan pembawa muatan negatif dari kristal yang
netral. Karena atom pengotor memberikan elektron, maka atom pengotor ini disebut sebagai
atom donor. Secara skematik semikonduktor tipe-n digambarkan seperti terlihat pada Gambar
diatas.
SEMIKONDUKTOR TIPE-p
Dengan cara yang sama seperti pada semikonduktor tipe-n, semikonduktor tipe-p dapat
dibuat dengan menambahkan sejumlah kecif atom pengotor trivalen (aluminium, boron, galium
atau indium) pada semikonduktor murni, misalnya silikon murni. Atom-atom pengotor (dopan)
ini mempunyai tiga elektron valensi sehingga secara efektif hanya dapat membentuk tiga ikatan
kovalen. Saat sebuah atom trivalen menempati posisi atom silikon dalam kisi kristal, terbentuk
tigaikatan kovalen lengkap, dan tersisa sebuah muatan positif dari atom silikon yang tidak
berpasangan (lihat Gambar dibawah) yang disebut lubang (hole). Material yang dihasilkan dari
proses pengotoran ini disebut semikonduktor tipe-p karena menghasilkan pembawa muatan
negatif pada kristal yang netral. Karena atom pengotor menerima elektron, maka atom
pengotor ini disebut sebagai atom aseptor (acceptor). Secara skematik semikonduktor tipep digambarkan seperti terlihat pada Gambar dibawah ini.
KEGUNAAN SEMIKONDUKTOR
Bila dibanding dengan logam daya hantar listrik semikondutor lebih kecil. Aliran yang
kecil menyebabkan aliran listrik pada semikonduktor mudah dikontrol.
Dasar penggunaan semikonduktor adalah terbentuknya sambungan p-n (p-n juncktion)
apabila semikonduktor tipe-p dan tipe-n digabungkan. Sambungan ini yang merupakan dasar
terjadinya terjadinya revolusi industri akibat ditemukan transisistor oleh wiliam Shocklye, John
Barden dan Walter Brattain di laboratorium Bell pada tahun 1948. Selain itu semikonduktor
digunakan untuk membuat sel surya (solar cell) dan penyearah.
Sel Surya (Solar Cell)
Solar cell terdiri dari dua semikonduktor yaitu:
1. Semikonduktor tipe-p. yang dibuat dari semikonduktor silikon yang dikotori dengan boron.
2. Semikonduktor tipe-n, yang diperoleh dari semikonduktor silikon yang dikotori dengan arsen.
Dua semikonduktor tersebut disambung seperti pada gambar berikut:
Sebelum kedua semikonduktor tersebut disambung, jumlah hole pada pita valensi
semikonduktor tipe-p lebih banyak dibanding jumlah hole pada pita valensi semikonduktor tipen, sebaliknya jumlah elektron pada pita konduksi semikonduktor tipe-n lebih banyak dibanding
jumlah elektron pada pita konduksi semikonduktor tipe-p. setelah keduanya disambungkan
maka:

Pada pita valensi akan terjadi aliran hole dari semikonduktor tipe-p ke semikonduktor
tipe-n dan sebaliknya, serta aliran elektron dari semikonduktor tipe-n ke semikonduktor
tipe-p dan sebaliknya sampai terjadi kesetimbangan.
 Pada pita konduksi akan terjadi aliran elektron dari semikonduktor tipe-n ke
semikonduktor tipe-p dan sebaliknya sampai terjadi kesetimbangan.
Pada keadaan setimbang jumlah hole yang bergerak dari pita valensi semikonduktor tipe-p
ke semikonduktor tipe-n sama dengan jumlah hole yang bergerak ke arah yang berlawanan.
Demikian juga halnya dengan jumlah elektron yang mengalir dari semikonduktor tipe-n ke
semikonduktor tipe-p dan sebaliknya. Akibatnya dua proses tersebut maka pada semikonduktor
tipe-n akan berkembang muatan positif dan pada semikonduktor tipe-p akan berkembang
muatan negatif. Dengan kata lain antara kedua bagian tersebut timbul potensial listrik.
Pada sel surya semikonduktor tipe-p dibuat lebih tipis dibanding semikonduktor tipe-n.
Pada pengoperasian sel suria, bagian yang dikenakan sianr matahari adalah semikonduktor
tipe-p.
Pada waktu sel surya terkena sinar matahari maka elektron-elektron pada semikonduktor
tipe-p mendapatkan tambahan energi termal. Elektron-elektron tersebut dapat melewati
sambungan p-n (p-n junction) dan memasuki semikonduktor tipe-n. Apabila daya gerak
elektron-elektron tersebut cukup besar maka mereka akan melewati kawat penghantar
(menuju ke semikonduktor tipe-p kembali) sehingga arus listrik yang energinya daapat langsung
dimanfaatkan atau disimpan dalam baterai. Jadi fungsi dari sel suria adalah merubah energi
cahaya matahari menjadi energi listrik.
Silikon yang digunakan pada sel surya selain sebagai kristal tunggal (single crystal), silikon
dapat diperoleh dalam bentuk amorf. Silikon amor dapat diperoleh melalui deposisi uap silikon.
Kemampuan silikon amorf dalam menyerap sinar matahri 40 kali lebih efisien dibanding kristal
silikon. Oleh karena itu sel suria banyak digunakan semikonduktor dengan bahan dasar silikon
amorf.
Sel surya dengan bahan dasar amorf adalah lebih tahan lama dibanding sel suria dengan
bahan dasar kristal tunggal. Disamping itu, silion amorf dapat dibuat pada temperatur rendah
dan dapat di depositkan pada substrat yang harganya relatif murah. Sel suria dengan bahan
dasar amor banyak digunakan sebagai sumber energi pada kalkulator.
Harga silikon amor cenderung semakin murah. Oleh karena itu pemakian semikonduktor
dengan bahan dasar silikon amor pada peralatan elektronik yang lain cenderung semakin
meluas di massa yang akan datang.
Penyearah (rectifer) atau Dioda
Penyearah hanya membolehkan arus listrik dari sumber luar mengalir melaluinya pada
satu arah. Sehingga dapat digunakan untuk mengubah arus bolak balik (alternating current =
AC) menjadi arus searah (direc current = DC).
Penyearah terdiri dari semikonduktor tipe-p dan semikonduktor tipe-n yang
dihubungkan oleh sambungan p-n (p-n jucktion) seperti pada gambar
Semikonduktor tipe-p yang disambungkan dengan semikonduktor tipe-n tersebut
membentuk suatu diode. Semikonduktor tipe-p dapat dianggap kelebihan hole sedangkan
semikonduktor tipe-n dapat dianggap kelebihan elektron. Simbol umum dioda adalah seperti
yang tertera pada gambar:
Apabila pada semikonduktor tipe-p diberi potensial positif (kutub positif dari sumber)
sedangkan pada semikonduktor tipe-n diberi potensial negatif, maka hole pada semikonduktor
tipe-p akan bergerak menuju sambungan p-n dan elektron-elektron pada semikonduktor tipe-n
akan bergerak menuju sambungan p-n seperti yang ditunjukan pada gambar:
Pada sambungan p-n hole dan elektron akan saling memusnahkan (saling meniadakan/
saling menetralkan). Aliran hole dan elektron ini akan terus berlangsung selama potensial tetap
dihubungkan. Aliran inilah yang menyebabkan arus listrik dapat mengalir atau menyebabkan
terbentuknya arus listrik.
Apabila semikonduktor tipe-p dihubungkan dengan potensial negatif sedangkan pada
semikonduktor tipe-n diberi potensial positif, maka hole pada semikonduktor tipe-p akan
bergerak menjauhi sambungan p-n dan elektron pada pada semikonduktor tipe-n akan
bergerak menjauhi sambungan p-n seperti yang ditunjukan pada gambar birikut. Karena tidak
hole dan elektron elektron yang saling meniadakan maka tidak ada arus listrik yang menalir
atau tidak terjadi arus listrik:
Berikut adalah beberapa jenis dioda
1. Dioda biasa. Di buat dari silikon yang telah diberi pengotor dan dan germanium. Prinsip
kerjanya seperti pada penjelasan di atas.
2. Dioda cahaya. Dioda cahaya merupakan dioda yang pada sambungan p-n (p-n jucktion) dapat
memancarkan cahaya. Misalnya LED.
3. Dioda foto. Dioda foto merupakan jenis dioda yang berfunsi mendeteksi cahaya kemudian
mengubahnya menjadi energi listrik. Jenis cahaya yang dapat di deteksi yakni infra merah,
cahaya tampak, ultra ungu sampai sinar-x.
4. Dioda laser. Dioda laser disingkat juga LD atau ILD. Sambungan p-n dioda laser menyerupai
sambungan p-n pada dioda cahaya.
5. Dioda zener. Dioda zener prinsip kerjanya seperti dioda biasa tetapi arus listrik dapat
mengalir ke arah yang berlawanan jika tegangan yang diberikan melampaui batas atau
mencapai tegangan rusak semikonduktor.
LED
LED (Light Emitting Diode atau Light Emitting Device) merupakan salah satu diode
semikonduktor yang dirancang untuk menghasilkan sejumlah besar cahaya monokromatis yang
tidak koheren dengan rentang panjang gelombang yang sempit ketika diberi tegangan maju.
LED dan bagian-bagiannya disajikan pada Gambar:
Arus maju yaitu arus dimana potensial positif (kutub positif (anoda) sumber arus)
disambungkan pada bagian positif dari LED dan potensial negatif (kutub negatif sumber arus)
dishubungkan pada bagian negatif (katoda) dari LED (lihat gambar 1). Sedangkan cahaya
monokromatis tidak koheren yaitu cahaya dengan rentang panjang gelombang artinya
walaupun sebagai cahaya monokromatis tetapi masih memiliki rentang panjang gelombang
(lihat tabel). Untuk membedakan anoda dan katoda dapat dilihat dari kaki atau tangkai LED,
yang bertangkai panjang merupakan anoda (kutub negatif) sedangkan yang lebih pendek
merupakan katoda (kutup positif).
Pada awal penemuan LED hanya terdiri dari warna merah, kuning dan hijau. Sekarang
LED yang tersedia berfariasi mulai dari yang bekerja pada rentang panjang gelombang sinar
tampak, ultraviolet hingga inframerah. LED yang berfariasi ini dapat diperoleh dengan cara
mengganti bahan semikonduktor pada chip LED atau dengan menggabungkan bahan
semikonduktor dari warna merah, kuning dan hijau yang telah diperoleh sebelumnya. Karena
warna yang dihasilkan sangat banyak, aplikasi LED kini sangat beragam misalnya menambah
keindahan desain interion dan eksterion. Bahkan kini LED dengan cahaya merah dan LED
dengan cahaya biru dimanfaatkan untuk membantu melangsungkan proses fotosintesis pada
tanaman-tanaman yang ada dalam sebuah ruangan.
Bila dibanding lampu pijar LED memiliki keunggulan bila dibanding lampu pijar diantaranya:

Dengan arus yang rendah cahaya yang dihasilkan lebih banyak dibanding dibanding
lampu pijar.
 Tidak mudah rusak sebab dirancang dalam bentuk padat, sedangkan lampu neon atau
lampu pijar rapuh dan mudah rusak.
 Waktu pemakaian lebih lama karena tidak ada filamen yang terbakar. Dimana
penambahan gas seperti CO2 atau pengaturan tekanan tidak diperlukan.
 Cahaya yang dihasilkan lebih terfokus ke satu arah sehingga dalam hal-hal tertentu hal
ini sangat menguntungkan.
LED selain sebagai sistem pencayaan dimanfaatkan pula sebagai sensor dan digunakan pula
pada peralatan elektronik seperti remote control.
Chip LED yang dibungkus menggunakan bohlam plastik pada umumnya mempunyai
tegangan rusak yang relatif rendah. Bila diberikan tegangan beberapa volt ke arah terbalik akan
menyebabkan sifat isolator searah LED jebol sehingga arus dapat mengalir ke arah sebaliknya.
Warna berbagai LED dengan panjang gelombang masing-masing LED serta penyusunnya seperti
yang tertera pada tabel di halaman selanjutnya:
Warna
Panjang Gelombang (nm)
Bahan Semikonduktor Penyusun
IR
λ> 760
Gallium arsenida (GaAs)
Aluminium gallium arsenida (AlGaAs)
Merah
610 < λ < 760
Aluminium gallium arsenida(AlGaAs)
Gallium arsenida fosfida(GaAsP)
Aluminium gallium indium
fosfida (AlGaInP)
Gallium(III) fosfida (GaP)
Jingga
590 < λ < 610
Gallium arsenida fosfida(GaAsP)
Aluminium gallium indium
fosfida (AlGaInP)
Gallium(III) fosfida (GaP)
Kuning
570 < λ < 590
Gallium arsenida fosfida (GaAsP)
Aluminium gallium indium fosfida
(AlGaInP)
Gallium(III) fosfida (GaP)
Hijau
500 < λ < 570
Indium gallium nitrida (InGaN) /
gallium(III)nitrida
Gallium(III) fosfida (GaP)
Aluminium gallium indium fosfida
(AlGaInP)
Aluminium gallium fosfida (AlGaP)
Biru
450 < λ < 500
Seng selenida (ZnSe)
Indium gallium nitrida (InGaN)
Silikon karbida (SiC) sebagai substrat
Silikon (Si) sebagai substrat – dalam
pengembangan
Violet
400 < λ < 450
Indium gallium nitrida (InGaN)
Ungu
Berbagai jenis
LED dua warna (biru dan merah, biru
dengan fosfor merah, atau putih
dengan plastik ungu)
UV
λ < 400
berlian (235 nm)
Boron nitride (215 nm) [ 34 ] [ 35 ] Boron
nitrida (215 nm)
Aluminium nitride (AlN) (210 nm) [ 36
] Aluminium nitrida (AlN) (210 nm)
Aluminium gallium nitride (AlGaN)
Aluminium galium nitrida (AlGaN)
Aluminium gallium indium nitride
(AlGaInN) — (down to 210 nm)[ 37
] Indium gallium aluminium nitrida
(AlGaInN) – (hingga 210 nm)
Putih
Spektrum luas
Dioda UV/biru dengan fosfor kuning
Fotosel CdS
Fotosel CdS biasa disebut juga fotoresistor, fotokonduktif atau LDR (ligh dependent
resistor) merupakan salah satu detektor cahaya yang sangat peka terhadap perubahan
intensitas cahaya yang mengenai permukaannya. Fotosel CdS terbuat dari bahan
semikonduktor cadmium sulfida yang ditempelkan di atas keramik dengan diameter dari 5-25
mm. Bagian--bagian fotosel detektor seperti yang tertera pada Gambar:
Prinsip kerja fotosel CdS sebagai detektor adalah perubahan nilai resistansi atau
hambatan fotosel berbanding terbalik dengan intensitas cahaya yang mengenai permukaannya.
Jika dihubungkan dengan multimeter atau avometer CdS menjadi konduktor yang buruk atau
CdS memiliki resistansi besar pada saat cahaya gelap atau redup, dan sebaliknya CdS menjadi
konduktor yang baik atau CdS memiliki resistansi kecil pada saat cahaya terang.
Sumber :
https://oferiachacha.blogspot.co.id/2012/02/teori-semikonduktor.html
https://id.wikipedia.org/wiki/Semikonduktor