1-1-1-0 - System Digital

SISTEM DIGITAL
SEMIKONDUKTOR
OLEH :
MEGA AYUAMARTHA PUTRI (161401002)
ANNISA KAMILA MARDHIYYAH (161401005)
MUHAMMAD IKRAM AZHARI (161401008)
ELSA KRISMONTI (161401011)
JULIA PRATIWI (161401014)
YURI UTARI OLLINKA (161401017)
KOM B
ILMU KOMPUTER
1. PENGERTIAN SEMIKONDUKTOR
Bahan Semikonduktor (Semikonduktor) adalah bahan penghantar listrik yang tidak
sebaik Konduktor (conductor) akan tetapi tidak pula seburuk Insulator (Isolator) yang sama
sekali tidak menghantarkan arus listrik. Contohnya silikon, germaniu dan galium. Pada
dasarnya, kemampuan menghantar listrik Semikonduktor berada diantara Konduktor dan
Insulator. Akan tetapi, Semikonduktor berbeda dengan Resistor, karena Semikonduktor dapat
dapat menghantarkan listrik atau berfungsi sebagai Konduktor jika diberikan arus listrik
tertentu, suhu tertentu dan juga tata cara atau persyaratan tertentu.
2. PRINSIP 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
(chargecarriers). Sehingga air murni dianggap sebagai isolator . Jika sedikit garam
dapur 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 nonkonduktor (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 elektron valensi di orbit terluarnya, sedangkan
Silikon hanya 4 elektron valensi. 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 valensi 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 tolakmenolak, 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 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.
3. SUSUNAN ATOM SEMIKONDUKTOR
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 adalah silikon dan germanium.
Seperti ditunjukkan pada gambar 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. Atom
silikon dan germanium masing mempunyai empat elektron valensi. Oleh karena itu baik atom
silikon maupun atom germanium disebut juga dengan atom tetra-valent (bervalensi empat).
Empat elektron valensi tersebut terikat dalam struktur kisi-kisi, sehingga setiap elektron
valensi akan membentuk ikatan kovalen dengan elektron valensi dari atom-atom yang
bersebelahan. Struktur kisi-kisi kristal silikon murni dapat digambarkan secara dua dimensi
pada Gambar 2 guna memudahkan pembahasan.
4. DOPING SEMIKONDUKTOR
Sebenarnya banyak bahan-bahan dasar yang dapat digolongkan sebagai bahan
Semikonduktor, tetapi yang paling sering digunakan untuk bahan dasar komponen
elektronika hanya beberapa jenis saja, bahan-bahan Semikonduktor tersebut diantaranya
adalah Silicon, Selenium, Germanium dan Metal Oxides. Untuk memproses bahan-bahan
Semikonduktor tersebut menjadi komponen elektronika, perlu dilakukan proses “Doping”
yaitu proses untuk menambahkan ketidakmurnian (Impurity) pada Semikonduktor yang
murni (semikonduktor Intrinsik) sehingga dapat merubah sifat atau karakteristik
kelistrikannya. Penambahan doping tersebut dimaksudkan untuk menambah konduktivitas
listrik material semikonduktor. Beberapa bahan yang digunakan untuk menambahkan
ketidakmurnian semikonduktor antara lain adalah Arsenic, Indium dan Antimony. Bahanbahan tersebut sering disebut dengan “Dopant”, sedangkan Semikonduktor yang telah
melalui proses “Doping” disebut dengan Semikonduktor Ekstrinsik.
Perbedaan jumlah elektron elektron antara doping material (dopan) dan elektron
dalam semikonduktor murni dapat menghasilkan negatif (semikonduktor tipe n) atau positif
(semikonduktor tipe p) pembawa sifat listrik. Dopan disebut atom akseptor apabila menerima
elektron dari atom semikonduktor. Sedangkan dopan disebut donor apabila menyumbangkan
elektron ke atom semikonduktor. Misalkan atom Si yang memiliki 4 buah elektron valensi,
dua pasang elektron tersebut akan membentuk ikatan kovalen. Untuk menghasilkan
semikonduktor tipe n, dibutuhkan atom yang memiliki lebih banyak elektron. Misal atom
phosporus (P) yang memiliki elektron valensi 5 buah. Atom P tersebut apabila di dopingkan
ke dalam semikonduktor Si akan memberikan elektron ekstra, sehingga elektron tersebut
akan membuat semikonduktor tipe n. Sedangkan untuk menghasilkan semikonduktor tipe p,
dibutuhkan atom dengan jumlah elektron kurang dari elektron yang dimiliki semikonduktor
Si. Misal atom aluminium (Al) yang memiliki elektron valensi 3 buah. Atom Al yang
didopingkan ke dalam semikonduktor Si akan berikatan dengan 3 buah atom Al, artinya ada
sebuah elektron dari Si yang tidak berpasangan dengan Al. Maka Semikonduktor tersebut
memiliki hole yang bertindak sebagai penghasil sifat listrik. Dengan kata lain semikonduktor
menjadi bertipe p.
5. BAHAN DASAR 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 di slokasi, 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 4 – 12 inci (± 30 cm) yang ditumbuhkan sebagai
silinder kemudian di iris menjadi wafer .
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.
6. MACAM MACAM SEMIKONDUKTOR
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 dan Mikro
5
Germanium (Ge)
Diode dan transistor
6
Indium antimonida (In
Sb)
Magnetoresistor, piezoresistor
detektor dan radiasi inframerah
7
Indium arsenida (In As)
Piezoresistor
8
Silikon (Si)
Diode, transistor dan IC
9
Silikon Carbida (Si Cb)
Varistor
10
Seng Sulfida (Zn S)
Perangkat penerangan elektro
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 dan generator Hall
7. ALAT SEMIKONDUKTOR
Pengertian Transistor
komponen elektronika semikonduktor yang memiliki 3 kaki elektroda, yaitu Basis
(Dasar), Kolektor (Pengumpul) dan Emitor (Pemancar). Komponen ini berfungsi
sebagai penguat, pemutus dan penyambung (switching), stabilitasi tegangan, modulasi
sinyal dan masih banyak lagi fungsi lainnya. Selain itu, transistor juga dapat
digunakan sebagai kran listrik sehingga dapat mengalirkan listrik dengan sangat
akurat dan sumber listriknya.
Gambar Transitor
Pengertian Dioda adalah komponen aktif yang memiliki dua kutub dan bersifat
semikonduktor. Dioda juga bisa dialiri arus listrik ke satu arah dan menghambat arus
dari arah sebaliknya. Dioda sebenarnya tidak memiliki karakter yang sempurna,
melainkan memiliki karakter yang berhubungan dengan arus dan tegangan komplek
yang tidak linier dan seringkali tergantung pada teknologi yang digunakan serta
parameter penggunaannya.
Gambar Dioda
Mikroprosesor adalah sebuah IC (Integrated Circuit) yang digunakan sebagai
otak/pengolah utama dalam sebuah sistem komputer.
Gambar Mikroprosesor
Thermistor (Inggris: thermistor)
adalah
alat
atau
komponen
atau
sensor elektronikayang dipakai untuk mengukur suhu. Prinsip dasar dari termistor
adalah perubahan nilai tahanan (atau hambatan atau werstan atau resistance) jika suhu
atau temperatur yang mengenai termistor ini berubah. Termistor ini merupakan
gabungan antara kata termo (suhu) dan resistor (alat pengukur tahanan).
Gambar Thermistor
Sel Surya atau sel photovoltaic, adalah sebuah alat semikonduktor yang terdiri dari
sebuah wilayah-besar diode p-n junction, di mana, dalam hadirnya cahaya
matahari mampu menciptakan energi listrik yang berguna. Pengubahan ini
disebut efek photovoltaic. Bidang riset berhubungan dengan sel surya dikenal
sebagai photovoltaics.
Gambar Sel Surya
Integrated Circuit (IC) adalah suatu komponen elektronik yang dibuat dari bahan
semi conductor, dimana IC merupakan gabungan dari beberapa komponen seperti
Resistor, Kapasitor, Dioda dan Transistor yang telah terintegrasi menjadi sebuah
rangkaian berbentuk chip kecil, IC digunakan untuk beberapa keperluan pembuatan
peralatan elektronik agar mudah dirangkai menjadi peralatan yang berukuran relatif
kecil.
Gambar Interted Circuit ( IC )
8. JENIS JENIS ATAU KLASIFIKASI SEMIKONDUKTOR
Ada dua jenis semikonduktor, yaitu semikonduktor intrinsik dan semikonduktor
ekstrinsik.
1. Semikonduktor Intrinsik
Semi konduktor intrinsik adalah semikonduktor yang belum mengalami penyisipan
oleh atom akseptor atau atom donor. Pada suhu tinggi elektron valensi dapat berpindah
menuju pita konduksi, dengan menciptakan hole pada pita valensi. Pengahantar listrik pada
semikonduktor adalah elektron dan hole.
Gb. struktur pita untuk (a). bahan isolator (b). bahan semikonduktor
(c). bahan isolator
Semikonduktor intrinsik merupakan semikonduktor yang terdiri atas satu unsur saja,
misalnya Si saja atau Ge saja. Pada kristal semikonduktor Si, 1 atom Si yang memiliki 4
elektron valensi berikatan dengan 4 atom Si lainnya, perhatikan gambar 1.
Pada kristal semikonduktor instrinsik Si, sel primitifnya berbentuk kubus. Ikatan yang
terjadi antar atom Si yang berdekatan adalah ikatan kovalen. Hal ini disebabkan karena
adanya pemakaian 1 buah elektron bersama ( ) oleh dua atom Si yang berdekatan.
Menurut tori pita energi, pada T 0 K pita valensi semikonduktor terisi penuh elektron,
sedangkan pita konduksi kosong. Kedua pita tersebut dipisahkan oleh celah energi kecil,
yakni dalam rentang 0,18 – 3,7eV. Pada suhu kamar Si dan Ge masing-masing memiliki
celah energi 1,11 eV dan 0,66 eV.
Bila mendapat cukup energi, misalnya berasal dari energi panas, elektron dapat
melepaskan diri dari ikatan kovalen dan tereksitasi menyebrangi celah energi. Elektron
valensi pada atom Ge lebih mudah tereksitasi menjadi elektron bebas daripada elektron
valensi pada atom Si, karena celah energi Si lebih besar dari pada celah energi Ge. Elektron
ini bebas bergerak diantara atom. Sedangkan tempat kekosongan elektron disebut hole.
Dengan demikian dasar pita konduksi dihuni oleh elektron, dan puncak pita valensi dihuni
hole. Sekarang, kedua pita terisi sebagian, dan daat menimbulkan arus netto bila dikenakan
medan listrik.
2. Semikonduktor Ekstrinsik
Semikondutor ekstrinsik merupakan semikonduktor yang memperoleh pengotoran
atau penyuntikan (doping) oleh atom asing.
Semikonduktor yang telah terkotori (tidak murni lagi) oleh atom dari jenis lainnya
dinamakan semikonduktor ekstrinsik. Proses penambahan atom pengotor pada
semikonduktor murni disebut pengotoran (doping). Dengan menambahkan atom pengotor
(impurities), struktur pita dan resistivitasnya akan berubah.
Ketidakmurnian dalam semikonduktor dapat menyumbangkan elektron maupun hole
dalam pita energi. Dengan demikian, konsentrasi elektron dapat menjadi tidak sama dengan
konsentrasi hole, namun masing-masing bergantung pada konsentrasi dan jenis bahan
ketidakmurnian.
Dalam aplikasi terkadang hanya diperlukan bahan dengan pembawa muatan elektron
saja, atau hole saja. Hal ini dilakukan dengan doping ketidakmurnian ke dalam
semikonduktor. Terdapat tiga jenis semikonduktor ekstrinsik yaitu semikonduktor tipe-n,
semikonduktor tipe-p, dan semikonduktor paduan.
Semikonduktor Ekstrinsik Tipe-n
Semikonduktor dengan konsentrasi elektron lebih besar dibandingkan konsentrasi
hole disebut semikonduktor ekstrinsik tipe-n. Semikonduktor tipe-n menggunakan
semikoduktor intrinsik dengan menambahkan atom donor yang berasal dari kelompok V pada
susunan berkala, misalnya Ar (arsenic), Sb (Antimony), phosphorus (P). Atom campuran ini
akan menempati lokasi atom intrinsik didalam kisi kristal semikonduktor.
Konsentrasi elektron pada Si dan Ge dapat dinaikkan dengan proses doping unsur
valensi 5. Sisa satu elektron akan menjadi elektron bebas, jika mendapatkan energi yang
relatif kecil saja (disebut sebagai energi ionisasi). Elektron ini akan menambah konsentrasi
elektron pada pita konduksi. Elektron yang meninggalkan atom pengotor yang menjadi ion
disebut dengan elektron ekstrinsik. Keberadan impuriti donor digambarkan dengan keadaan
diskrit pada energi gap pada posisi didekat pita konduksi.
Penambahan atom donor telah menambah level energi pada pita konduksi yang
berada diatas energi gap sehingga mempermudah elektron untuk menyebrang ke pita
konduksi. Pada suhu kamar sebagian besar atom donor terionisasi dan elektronnya tereksitasi
ke dalam pita konduksi. Sehingga jumlah elektron bebas (elektron intrinsik dan elektron
ekstrinsik) pada semikonduktor tipe-n jauh lebih besar dari pada jumlah hole (hole intrinsik).
Oleh sebab itu, elektron di dalam semikonduktor tipe-n disebut pembawa muatan mayoritas,
dan hole disebut sebagai pembawa muatan minoritas.
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).
Karena unsur tersebut hanya memiliki tiga elektron valensi, maka terdapat satu
kekosongan untuk membentuk ikatan kovalen dengan atom induknya. Atom tersebut akan
mengikat elektron dari pita velensi yang berpindah ke pita konduksi. Dengan penangkapan
sebuah elektron tersebut, atom akseptor akan menjadi ion negatip. Atom akseptor akan
menempati keadaan energi dalam energi gap di dekat pita valensi.
Pada semikonduktor tipe-p, atom dari golongan III dalam sistem periodik unsur
misalnya Ga, dibubuhkan kedalam kristal semikonduktor intrinsik. Oleh karena galium
termasuk golangan III dalam sistem periodik unsur, atom Ga memiliki tiga buah elektron
valensi. Akibatnya, dalam berikatan dengan atom silikon di dalam kristal, Ga memerlukan
satu elektron lagi untuk berpasangan dengan atom Si. Oleh sebab itu atom Ga mudah
menangkap elektron, sehingga disebut akseptor. Jika ini terjadi atom akseptor menjadi
kelebihan elektron sehingga menjadi bermuatan negatif. Dalam hal ini dikatakan atom
akseptor terionkan. Ion akseptor ini mempunyai muatan tak bebas, oleh karena tak bergerak
dibawah medan listrik luar. Ion Si yang elektronnya ditangkap oleh atom akseptor terbentuk
menjadi lubang, yang disebut lubang ekstrinsik.
Jelaslah bahwa pada semikonduktor tipe-p, lubang merupakan pembawa muatan yang
utama, sehingga disebut pembawa muatan mayoritas. Disini elektron bebas merupakan
pembawa muatan minoritas.
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). Ikatan kimia terbentuk dengan peminjaman
elektron oleh unsur dengan velensi lebih tinggi kepada unsur dengan valensi lebih rendah
(lihat gambar 1.6). Atom donor pada semikonduktor paduan adalah unsur dengan valensi
lebih tinggi dibandingkan dengan unsur yang diganti. Atom akseptor adalah unsur dengan
valensi lebih rendah dibandingkan dengan unsur yang diganti (ditempati).
9. BAHANSEMIKONDUKTOR
Bahan Semikonduktor (Tipe-N dan Tipe-P)
Bahan Semikonduktor memiliki dua macam yaitu tipe-n dan tipe-p, perbedaan dari
semikonduktor tipe-n dan tipe-p adalah
Semikonduktor Tipe N
Apabila bahan semikonduktor intrinsik (murni) diberi (didoping) dengan bahan
bervalensi lain maka diperoleh semikonduktor ekstrinsik. Pada bahan semikonduktor
intrinsik, jumlah elektron bebas dan holenya adalah sama. Konduktivitas semikonduktor
intrinsik sangat rendah, karena terbatasnya jumlah pembawa muatan yakni hole maupun
elektron bebas tersebut. Jika bahan silikon didoping dengan bahan ketidak murnian
(impuritas) bervalensi lima (penta-valens), maka diperoleh semikonduktor tipe n. Bahan
dopan yang bervalensi lima ini misalnya antimoni, arsenik, dan pospor. Struktur kisi-kisi
kristal bahan silikon type n dapat dilihat pada gambar berikut.
Struktur Kristal Semikonduktor (Silikon) Tipe N
Karena atom antimoni (Sb) bervalensi lima, maka empat elektron valensi
mendapatkan pasangan ikatan kovalen dengan atom silikon sedangkan elektron valensi yang
kelima tidak mendapatkan pasangan. Oleh karena itu ikatan elektron kelima ini dengan inti
menjadi lemah dan mudah menjadi elektron bebas. Karena setiap atom depan ini
menyumbang sebuah elektron, maka atom yang bervalensi lima disebut dengan atom donor.
Dan elektron “bebas” sumbangan dari atom dopan inipun dapat dikontrol jumlahnya atau
konsentrasinya.
Meskipun bahan silikon type n ini mengandung elektron bebas (pembawa mayoritas)
cukup banyak, namun secara keseluruhan kristal ini tetap netral karena jumlah muatan positip
pada inti atom masih sama dengan jumlah keseluruhan elektronnya. Pada bahan type n
disamping jumlah elektron bebasnya (pembawa mayoritas) meningkat, ternyata jumlah
holenya (pembawa minoritas) menurun. Hal ini disebabkan karena dengan bertambahnya
jumlah elektron bebas, maka kecepatan hole dan elektron ber-rekombinasi (bergabungnya
kembali elektron dengan hole) semakin meningkat. Sehingga jumlah holenya menurun.
Level energi dari elektron bebas sumbangan atom donor dapat digambarkan seperti pada
gambar dibawah. Jarak antara pita konduksi dengan level energi donor sangat kecil yaitu 0.05
eV untuk silikon dan 0.01 eV untuk germanium. Oleh karena itu pada suhu ruang saja, maka
semua elektron donor sudah bisa mencapai pita konduksi dan menjadi elektron bebas.
Diagram Pita Energi Semikonduktor Tipe N
Bahan semikonduktor tipe n dapat dilukiskan seperti pada gambar dibawah. Karena
atom-atom donor telah ditinggalkan oleh elektron valensinya (yakni menjadi elektron bebas),
maka menjadi ion yang bermuatan positip. Sehingga digambarkan dengan tanda positip.
Sedangkan elektron bebasnya menjadi pembawa mayoritas. Dan pembawa minoritasnya
berupa hole.
Bahan Semikonduktor Tipe N
Semikonduktor Tipe P
Apabila bahan semikonduktor murni (intrinsik) didoping dengan bahan impuritas
(ketidak-murnian) bervalensi tiga, maka akan diperoleh semikonduktor type p. Bahan dopan
yang bervalensi tiga tersebut misalnya boron, galium, dan indium. Struktur kisi-kisi kristal
semikonduktor (silikon) type p adalah seperti gambar dibawah.
Struktur Kristal Semikonduktor (Silikon) Tipe P
Karena atom dopan mempunyai tiga elektron valensi, dalam gambar diatas adalah
atom Boron (B) , maka hanya tiga ikatan kovalen yang bisa dipenuhi. Sedangkan tempat yang
seharusnya membentuk ikatan kovalen keempat menjadi kosong (membentuk hole) dan bisa
ditempati oleh elektron valensi lain. Dengan demikian sebuah atom bervalensi tiga akan
menyumbangkan sebuah hole. Atom bervalensi tiga (trivalent) disebut juga atom akseptor,
karena atom ini siap untuk menerima elektron.
Seperti halnya pada semikonduktor type n, secara keseluruhan kristal semikonduktor
type n ini adalah netral. Karena jumlah hole dan elektronnya sama. Pada bahan type p, hole
merupakan pembawa muatan mayoritas. Karena dengan penambahan atom dopan akan
meningkatkan jumlah hole sebagai pembawa muatan. Sedangkan pembawa minoritasnya
adalah elektron.
Diagram Pita Energi Semikonduktor Tipe P
Level energi dari hole akseptor dapat dilihat pada gambar diatas. Jarak antara level
energi akseptor dengan pita valensi sangat kecil yaitu sekitar 0.01 eV untuk germanium dan
0.05 eV untuk silikon. Dengan demikian hanya dibutuhkan energi yang sangat kecil bagi
elektron valensi untuk menempati hole di level energi akseptor. Oleh karena itu pada suhur
ruang banyak sekali jumlah hole di pita valensi yang merupakan pembawa muatan.
Bahan semikonduktor tipe p dapat dilukiskan seperti pada gambar dibawah. Karena
atom-atom akseptor telah menerima elektron, maka menjadi ion yang bermuatan negatip.
Sehingga digambarkan dengan tanda negatip. Pembawa mayoritas berupa hole dan pembawa
minoritasnya berupa elektron.
Bahan Semikonduktor Tipe P
10.PROSES GENERASI DAN REKOMENDASI SEMIKONDUKTOR
Proses generasi (timbulnya pasangan elektron-lubang per detik per meter kubik)
tergantung pada jenis bahan dan temperatur. Energi yang diperlukan untuk proses
generasi dinyatakan dalam elektron volt atau eV. Energi dalam bentuk temperatur T
dinyatakan dengan kT, dimana k adalah konstanta Boltzmann. Analisa secara statistik
menunjukkan bahwa probabilitas sebuah elektron valensi menjadi elektron bebas adalah
sebanding dengan e eVG kT – / . Jika energi gap eVG berharga kecil dan temperatur T tinggi
maka laju generasi termal akan tinggi.
Pada semikonduktor, elektron atau lubang yang bergerak cenderung
mengadakan rekombinasi dan menghilang. Laju rekombinasi (R), dalam pasangan
elektron-lubang per detik per meter kubik, tergantung pada jumlah muatan yang ada.
Jika hanya ada sedikit elektron dan lubang maka R akan berharga rendah; sebaliknya R
akan berharga tinggi jika tersedia elektron dan lubang dalam jumlah yang banyak.
Sebagai contoh misalnya pada semikonduktor tipe-n, didalamnya hanya tersedia sedikit
lubang tapi terdapat jumlah elektron yang sangat besar sehingga R akan berharga sangat
tinggi. Secara umum dapat dituliskan:
R=rnp
Dimana r menyatakan konstanta proporsionalitas bahan.
Dalam kondisi setimbang, besamya laju generasi adalah sama dengan besarnya
laju rekombinasi
DAFTAR PUSTAKA
http://www.definisimenurutparaahli.com/pengertian-semikonduktor-dan-contohnya/
http://teknikelektronika.com/prinsip-dasar-dan-pengertian-semikonduktor-semiconductor/
https://id.wikipedia.org/wiki/Transistor
http://karya-wahyu-siswanto.blogspot.co.id/2016/03/v-behaviorurldefaultvmlo.html
http://sutondoscript.blogspot.co.id/2011/04/pengertian-semikonduktor-strukturatom_06.html
http://isugihar.blogspot.co.id/2007/09/semikonduktor-i.html
http://teknikelektronika.com/prinsip-dasar-dan-pengertian-semikonduktor- semiconductor/
http://karya-wahyu-siswanto.blogspot.co.id/2016/03/v-behaviorurldefaultvmlo.html
http://karya-wahyu-siswanto.blogspot.co.id/2016/03/v-behaviorurldefaultvmlo.html
http://insyaansori.blogspot.co.id/2013/02/prinsip-dasar-semikonduktor.html
http://insyaansori.blogspot.com/2013/02/prinsip-dasar-semikonduktor.html
http://elektro63.blogspot.com/2011/12/semi-konduktor_4524.html
http://bolehjugablog.wordpress.com/2016/12/01/klasifikasisemikonduktorhttp://blog.umy.ac.id/mine/knowledge/elektronika/6-2/
http://puriaudhy.blogspot.co.id/2014/07/jenis-jenis-alat-semikonduktor.html
https://endahswardani.wordpress.com/2013/05/02/alat-alatsemikonduktor/