mikroelektronika - Openstorage Gunadarma

MIKROELEKTRONIKA
Universitas Gunadarma
PERTEMUAN 1 & 2
Atom & Struktur Molekul
Universitas Gunadarma
Struktur Suatu Atom
Teori Atom Carl H. Snyder
Ambil segenggam paper clip dengan ukuran & warna yang sama :
1. Bagi kedalam tumpukan yang sama.
2. Bagi kembali tumpukan yang lebih kecil kedalam 2
tumpukan yang sama.
3. Ulangi langkah 1 & 2 sampai ke suatu tumpukan yang
hanya terdiri dari sebuah paper clip. Paper clip tersebut
masih memiliki fungsi sebagai penjepit kertas yaitu
menjepit kertas agar tidak berantakan.
4. Sekarang ambil gunting potong sebuh paper clip
tersebut menjadi dua bagian. Pertanyaan : Dapatkah
setengah paper clip tersebut memiliki fungsi yang sama
dengan sebuah paper clip?
Jika kita lakukan hal yang sama dengan elemen apa saja, maka
kita akan mencapai suatu kondisi dimana bagian suatu benda tidak
dapat dibagi lagi tetapi masih memiliki sifat yang sama seperti
sebuah paper clip tadi. Bagian yang tidak dapat dibagi lagi inilah
yang disebut Atom.
Teori Atom John Dalton
Setiap Elemen terbentuk dari Atom-atom – Tumpukan paper
clip.
Semua atom-atom dari suatu elemen memilki sifat yang
sama – Semua paper clip dalam tumpukan memiliki ukuran dan
warna yang sama.
Atoms dari elemen yang berbeda adalah berbeda(ukuran
dan ciri-ciri) – seperti perbedaan ukuran dan warna paper clip.
Atoms dari elemen yang berbeda dapat dikombinasikan
untuk membentuk campuran – Kita dapat menghubungkan
ukuran dan warna yang berbada dari paper clip untuk membentuk
struktur baru.
Dalam reaksi kimia, atom tidak dapat dibuat, di musnahkan,
atau dirubah – tidak ada paper clip baru yang muncul, tidak ada
paper clip yang hilang dan tidak ada paper clip yang berubah dari
satu ukuran/warna ke ukuran/warna lainnya.
Dalam berbagai campuran, nomor dan jenis dari atom tetap
sama – Jumlah total dan type paper clip pada saat mulai dan akhir
adalah sama.

PITA ENERGI
Hukum dasar yang menjelaskan hubungan antara elektron dengan
kulit orbit :

elektron bergerak dalam kulit orbit. Elektron tidak dapat
mengelilingi inti atom dalam ruangan yang ada antara dua buah
kulit orbit.

setiap kulit orbit berhubungan dengan sebuah range energi
khusus,elektron-elektron yang bergerak dalam suatu kulit orbit
akan memilki sejumlah energi yang sama.
Catatan : level energi dalam kulit akan meningkat ketika makin
jauh dari inti atom. Hal ini dapat disimpulkan maka elektron
valensi selalu memilki level energi yang tertinggi dalam setiap
atom.

elektron untuk berpindah dari suatu kulit ke kulit yang lain
menyerap energi untuk menyesuaikan level energi antara level
energi kulit awal dengan level energi kulit yang dituju.

Jika suatu atom menyerap cukup energi untuk berpindah dari
suatu kulit yang satu kekulit yang lain, sebenarnya elektron ini
kembali melepaskan energi yang diserapnya dan
mengembalikannya ke kulit energi yang rendah
Celah & level energi Silikon
Pita Konduksi
e4=1.8eV
Celah Energi
Pita Valensi
e3=0.7eV
e2
e1
Pita energi untuk Konduktor,
semi konduktor, dan Isolator
PERTEMUAN 3 & 4
Gejala Transport dalam
Semikonduktor
Universitas Gunadarma
Bahan Semikonduktor
Silikon elemen yang mudah didapat – contohnya adalah bahan
utama pasir dan kuarsa. Letak unsur Silikon dalam Tabel Periodik
adalah berada disebelah aluminum, dibawah Karbon dan diatas
germanium.
 Karbon, silikon and germanium juga memilki ciri khusus dalam
struktur elektronnya – setiap unsur memilki 4 elektron terluar
dalam orbitnya. Ini menyebabkan unsur-unsur tersebut dalam
membentuk kristal yang baik. Keempat elektron tersebut
membentuk ikatan Kovalen yang sempurna dengan atom-atom
tetangga. Bentuk Kristal dari Karbon adalah BERLIAN. IBentuk
Kristal silikon berwarna perak dan kemilau seperti logam.
 Logam merupakan konduktor listrik yang baik karena logam
memiliki elektron-elektron bebas yang dapat bergerak mudah antar
atom.
 Dampak Ikatan kovalen pada bahan semikonduktor
menyebabkan Semikonduktor lebih menyerupai ISOLATOR.

Tabel Periodik Semikonduktor
Ikatan Kovalen Pada Silikon
In a silicon lattice, all silicon atoms bond perfectly to four neighbors,
leaving no free electrons to conduct electric current. This makes a
silicon crystal an insulator rather than a conductor.
DOPING pada Semikonduktor
There are two types of impurities:
 N-type - In N-type doping, phosphorus or arsenic is added to
the silicon in small quantities. Phosphorus and arsenic each
have five outer electrons, so they're out of place when they get
into the silicon lattice. The fifth electron has nothing to bond to,
so it's free to move around. It takes only a very small quantity
of the impurity to create enough free electrons to allow an
electric current to flow through the silicon. N-type silicon is a
good conductor. Electrons have a negative charge, hence the
name N-type.

P-type - In P-type doping, boron or gallium is the dopant.
Boron and gallium each have only three outer electrons. When
mixed into the silicon lattice, they form "holes" in the lattice
where a silicon electron has nothing to bond to. The absence of
an electron creates the effect of a positive charge, hence the
name P-type. Holes can conduct current. A hole happily accepts
an electron from a neighbor, moving the hole over a space. Ptype silicon is a good conductor.
PERTEMUAN 5 & 6
Diode Semikonduktor
Universitas Gunadarma
Pengenalan Diode


Diode merupakan peranti semikonduktor yang dasar.
Diode memiliki banyak tipe dan tiap tipe memiliki
fungsi dan karakteristik masing-masing.
Kata Diode berasal dari Di (Dua) & Ode (Elektrode),
jadi 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.
CONT.


Pada awalnya diode-diode berupa peranti-peranti
tabung hampa dengan filamen panas (disebut
Katode) yang memancarkan elektron-elektron bebas,
dan suatu pelat positif (disebut Anode) yang
mengumpulkan elektron-elektron tersebut.
Diode Modern adalah peranti semikonduktor dengan
bahan tipe n yang menyediakan elektron-elektron
bebas dan bahan tipe p yang mengumpulkannya.
Simbol Diode
Awal Diode
Kurva Karakteristik Diode
LAPISAN PENGOSONGAN
Bias Forward pada Diode
Bias Reverse pada Diode
Light Emiting Diode (LED)
Keuntungan Penggunaan Led




Konsumsi Daya Yang rendah
Reabilitas & Durabilitas Yang tinggi
Efisiensi Energi
Panas Yang ditimbulkan kecil
Kerugian : Biaya Pembuatan Led yang
relatif mahal.
PN JUNCTION

Berhubungan dengan karakteristik dan
sistematis simbol diode maka dapat diambil
kesimpulan bahwa dioda akan berfungsi
sebagai konduktor apabila dua syarat ini
terpenuhi :
1. Katode mendapat tegangan yang lebih
negatif dari anode.
2. Beda potensial antara anoda dan katoda
melebihi potensial barier kira-kira 0.3 V untuk
diode germanium dan 0.7 V untuk dioda
silikon.
MODEL DIODE

Ada tiga model diode. Model adalah
representasi dari suatu komponen atau
rangkaian yang memiliki satu atau lebih
Sifat atau karakteristik.
1. Model Diode Ideal
2. Model Diode Praktek
3. Model Diode Lengkap
MODEL DIODE IDEAL

Model diode ideal menggambarkan diode sebagai saklar
sederhana yang dapat tertutup ( Conducting ) ketika
dibias forward maupun tertutup ( nonconducting )
ketika dibias reverse. Model ini hanya digunakan untuk
menentukan tahap awal troubleshooting (proses
mencari kesalahan dalam perangkat elektronik).
Kondisi
OPEN
Karakteristik
*Infinite Resistansi Shg Arus nol
*Tegangan penuh pada kaki dioda
CLOSED
*Resistansi nol Shg Arus Max
*Tegangan nol pada kaki dioda
CONT.

Berdasarkan karakteristik sebuah saklar, maka dapat
diperoleh pernyataan2x untuk diode ideal :
1. Ketika dibias reverse ( Open Switch )



Diode memilki resistansi tak terbatas ( maksimum )
Diode tidak dialiri arus
Sumber Tegangan akan jatuh semua pada terminal diode
2.Ketika dibias forward ( Closed Switch )



Diode memilki resistansi nol ( minimum )
Diode dialiri arus
Tidak ada Sumber Tegangan jatuh pada terminal diode
MODEL DIODE PRAKTEK

Dalam model diode ideal banyak karakteristrikkarakteristik diode yang diabaikan. Contohnya :
Tegangan maju. Tegangan maju biasanya
diperhatikan dalam analisis matematika dari
rangkaian diode. Pada aplikasi rangkaian yang
digunakan diasumsikan dioda yang dipergunakan
dioda silikon kalau ingin mengganti dengan dioda
germaniun maka tegangan maju tinggal diubah dari
0.7V menjadi 0.3V
MODEL DIODE LENGKAP

Model dioda lengkap merupakan model yang
paling akurat menggambarkan karakteristikkarakteristik operasional diode. 2 faktor yang
menyebabkan model ini menjadi semakin
akurat adalah Resistansi Bulk.
Kurva Karakteristik Untuk
masing-masing Model Diode
IF
IF
IF
RB= ΔV / ΔI
VR
VF
IR
Model Diode
IDEAL
VR
VK=0.7V
IR
Model Diode
PRAKTEK
VF
VR
VK=0.7V
IR
Model Diode
LENGKAP
VF
PERTEMUAN 7 & 8
Transistor
Universitas Gunadarma
Transistor VS Diode


A transistor is created by using three layers rather
than the two layers used in a diode. You can create
either an NPN or a PNP sandwich. A transistor can
act as a switch or an amplifier.
A transistor looks like two diodes back-to-back. You'd
imagine that no current could flow through a
transistor because back-to-back diodes would block
current both ways. And this is true. However, when
you apply a small current to the center layer of the
sandwich, a much larger current can flow through
the sandwich as a whole. This gives a transistor its
switching behavior. A small current can turn a larger
current on and off.
PERTEMUAN 9 & 10
Teknologi Pembuatan
Semikonduktor
Universitas Gunadarma
PERTEMUAN 11
Rangkaian Terpadu ( IC )
Universitas Gunadarma
IC ( Integrated Circuit )


A silicon chip is a piece of silicon that can hold
thousands of transistors. With transistors acting as
switches, you can create Boolean gates, and with
Boolean gates you can create microprocessor chips.
The natural progression from silicon to doped silicon
to transistors to chips is what has made
microprocessors and other electronic devices so
inexpensive and ubiquitous in today's society. The
fundamental principles are surprisingly simple. The
miracle is the constant refinement of those principles
to the point where, today, tens of millions of
transistors can be inexpensively formed onto a single
chip.
SEJARAH PERKEMBANGAN PIRANTI
ELEKTRONIKA

Era perkembangan piranti elektronika :
1.
Era tabung hampa (vacuum tube)  awal
abad 20
2.
Era transistor  mulai tahun 1948
3.
Era rangkaian terintegrasi (IC)  mulai
tahun 1960
Era IC
 1958  Kilby  konsep monolitik  ide
menggunakan Germanium atau Silikon untuk
seluruh rangkaian
 1959  Kilby membuat oscillator dan multivibrator
dari Germanium dengan konsep monolitik  awal
kelahiran IC
 1959  Noyce dan Moore mengembangkan konsep
monolitik dengan metode lithography
 1959  Hoerni dan Fairchild  konsep monolitik
dengan metode planar atau difusi
 1961  produksi masal IC
 1964  High component density IC (chip)  silikon
wafer berukuran 3 x 5 x 0.3 mm
Perkembangan teknologi IC
Teknologi
Nama
Jumlah
Komponen
Tahun
SSI
Small Scale Integrated
<100
Awal 1960
MSI
Medium Scale
Integrated
100-1000
Awal 1960
LSI
Large Scale Integrated
1000-10000
Awal 1970
VLSI
Very Large Scale
Integrated
10000-10000
Akhir 1970
ULSI
Ultra Large Scale
Integrated
100000>
Awal 1980
PERTEMUAN 12
Teknik - Teknik Fabrikasi
Universitas Gunadarma