Semikonduktor

Semikonduktor
Gabriel Sianturi MT
Tipe Material
• Material
- Insulator: konduktivitas rendah, resistivitas tinggi. Sulit
menghantarkan listrik. Contoh: gelas, keramik, plastik
- Kondutor: konduktivitas tinggi, resistivitas rendah. Mudah
menghantarkan listrik. Contoh: tembaga, emas, perak
- Semikonduktor: konduktivitas, resisitivitas, dapat diatur. Dapat
bersifat sebagai kondutor maupun insulator
• Semikonduktor merupakan bahan untuk membuat transistor, dioda,
thyristor, dll
• Bahan semikonduktor yang terutama : Silikon (Si), Germanium (Ge)
Insulator
Pada material insulator elektron terikat dengan kuat
sehingga dibutuhkan energi yang besar untuk
melepaskannya dari orbitnya
Slide 3
Konduktor
Material konduktor mempunyai elektron yang tidak
terikat kuat pada orbitnya. Energi yang kecil dapat
membuat elektron tersebut terlepas dan berpindah
dari satu atom ke atom lainnya
Slide 4
Material Semikonduktor
• Dg
Silikon Kristal
Silikon mempunyai 4
elektron valensi pada
kulit terluar
Pada kristal atom
Silikon terikat secara
kovalen dengan atom
yang berdekatan
Setiap atom Silikon
membagi 4 elektron
valensinya dengan 4
atom yang berdekatan,
sehingga silikon
mempunyai 8 elektron
pada orbit terluarnya
Slide 6
Elektron Bebas
Pada temperatur
mutlak tidak ada
elektron bebas dalam
silikon kristal,
silikon bersifat
insulator
Elektron dapat
bergerak dan terlepas
dari orbit valensinya
menjadi elektron
bebas jika ada energi
untuk memutuskan
ikatan
Slide 7
Lubang
Terlepasnya elektron
valensi akan
meninggalkan
kekosongan pada
orbit valensi.
Kekosongan tersebut
disebut lubang (hole)
Slide 8
Lubang
Lubang bersifat
seperti muatan
positif karena akan
menarik dan
menangkap elektron
bebas
Apabila suatu
elektron mendekati
lubang dan tertarik
kedalamnya, maka
terjadi yang disebut
rekombinasi
(recombination)
Slide 9
Penambahan Panas
Panas yang bertambah
akan memperbanyak
elektron bebas dan
lubang
Slide 10
Jenis Semikonduktor
1. Semikonduktor Intrinsik (Intrinsic semiconductor)
- Semikonduktor Intrinsik adalah suatu
semikonduktor murni
- Suatu kristal silikon adalah semikonduktor
intrinsik apabila setiap atom dalam kristal
tersebut merupakan atom silikon
2. Semikonduktor Ektrinsik (Extrinsic semiconductor)
Semikonduktor Intrinsik
Jika kristal silikon
ditempatkan diantara
plat metalik yang
bermuatan, elektron
akan tertolak dan
bergerak ke kiri
Elektron bebas akan
meninggalkan lubang
yang kemudian akan
terisi oleh elektron
valensi lain yang
tertarik ke dalam
lubang
Slide 12
Semikonduktor Intrinsik
Semakin besar
panas, semakin kecil
resistansi, semakin
mudah aliran muatan
Slide 13
Aliran Elektron dan Lubang
• Elektron bebas bergerak dari kanan ke kiri
sedangkan lubang dari kiri ke kanan
• Elektron bebas dan lubang dinamakan
pembawa (carriers), karena membawa
muatan dari satu tempat ke tempat lainnya
Thermistor
• Thermistor adalah resistor yang sensitif terhadap
panas
• Ketika temperatur rendah bersifat sebagai insulator
dan mempunyai resistansi yang besar
• Ketika dipanaskan, pasangan elektron lubang akan
terjadi, resistansi akan berkurang.
• Aplikasi: thermometer, sensor temperatur, pembatas
arus
Thermistor
Symbol
Slide 15
Doping
Semikonduktor
intrinsik dapat dibuat
lebih bersifat
konduktor dengan
menambahkan atom
lain (doping).
Suatu semikonduktor
yang di doping
dinamakan
semikonduktor
ekstrinsik (extrinsic
semiconductor)
Slide 16
Menambah Elektron Bebas
• Menambah jumlah elektron bebas
- Menambahkan atom pentavalen, yang
memiliki 5 elektron bebas pada orbit
valensi.
- Atom pentavalen mis: arsenic, antimony,
phosphorus
- Atom pentavalen akan memberikan
(mendonorkan) sebuah elektron bebas
kepada atom silikon
Atom Phosphorus
P mempunyai 15
proton dan 15
elektron, 5 elektron
berada pada orbit
terluar
Slide 18
Semikonduktor Tipe n
Silikon yang didoping
dengan atom pentavalen
disebut Semikonduktor
Tipe n (negatif)
Elektron bergerak ke
kekiri dan lubang
bergerak ke kanan
Elektron merupakan
majority carriers
Lubang merupakan
minority carriers
Slide 19
Menambah Lubang
• Menambah lubang
- Menambahkan atom trivalent pada atom silikon
- Atom trivalent mempunyai 3 elektron valensi.
Contoh: Alumunium, Boron,Gallium
- Atom trivalent disebut acceptor karena karena
setiap lubang dapat menerima elektron bebas
pada saat rekombinasi
Atom Boron
Boron mempunyai
5 proton dan 5
elektron
3 elektron berada
pada orbit terluar
Slide 21
Semikonduktor Tipe-p
Silikon yang didoping
dengan atom trivalent
disebut semikonduktor
tipe-p (positif)
t
Lubang merupakan
majority carriers dan
elektron minority
carriers
Lubang bergerak ke
kanan dan elektron
bergerak ke kiri
Slide 22
Sambungan p-n
Single kristal dengan tipe-p dan tipe-n disambungkan
menjadi kristal p-n. Batas dimana daerah p an n
bertemu dinamakan p-n junction
Slide 23
p-n Junction
Elektron bebas pada daerah
n akan berpindah melintasi
junction ke daerah p
Elektron pada daerah p
menjadi minority carrier
dan akan mauk ke dalam
lubang.
Lubang akan menghilang
dan elektron bebas akan
menjadi elektron valensi
Semakin lama daerah pada
sambungan tidak
mempunyai carriers lagi.
Daerah kosong ini disebut
lapisan pengosongan
(depletion layer)
Slide 24
Barrier Potential
0.7 V
Ketika elektron
meninggalkan daerah
n maka atom pada
daerah n menjadi ion
positif, sedangkan
pada daerah p akan
terjadi ion negatif
Setiap pasangan ion
positif dan negatif
pada junction disebut
dipole
Medan listrik
terbentuk pada
dipole
Medan listrik yang terbentuk pada dipole adalah
ekivalen dengan perbedaan potensial yang
dinamakan barrier potential. Untuk Silikon = 0.7 V
pada 25oC. Untuk Germanium = 0.3 V
Slide 25
Reverse Bias p-n Junction
Terminal
negatif dari
sumber
dihubungkan
dengan tipe p,
sedangkan
terminal
positif dengan
tipe-n
Hubungan ini dinamakan panjar
mundur( reverse bias)
Slide 26
Reverse Biased p-n Junction
Elektron pada
daerah n akan
tertarik menjauhi
junction
Lubang akan
tertarik menjauhi
junction
Depletion layer akan bertambah lebar. Tidak
ada arus mengalir
Slide 27
Forward Bias p-n Junction
Terminal
negatif dari
sumber
dihubungkan
dengan tipe n,
sedangkan
terminal
positif dengan
tipe-p
Hubungan ini dinamakan
panjar maju (forward bias)
Slide 28
Forward Bias p-n Junction
Elektron bebas
dari sumber
tegangan akan
mendorong
elektron pada
daerah n
sehingga
elektron bebas
melintasi
junction dan
jatuh kedalam
lubang.
Lubang pada daerah p akan terdorong menuju
junction, depletion layer akan hilang, sehingga arus
mengalir selama beda potensial lebih besar 0,7 V
Slide 29
Forward Bias p-n Junction
Jika tegangan
bertambah tinggi
Elektron
mengalami gaya
yang lebih besar
dan bergerak
makin cepat, arus
semakin besar
p-n junction dinamakan juga dioda
(diode)
Arah panah
menunjukkan aliran
konvensional
Slide 30