SEMIKONDUKTOR DAN DIODA
A.
PRINSIP DASAR SEMIKONDUKTOR
Semikonduktor merupakan elemen dasar dari komponen
elektronika seperti dioda, transistor dan sebuah IC (integrated circuit).
Disebut semi atau setengah konduktor, karena bahan ini memang bukan konduktor
murni. Bahan-bahan logam seperti tembaga, besi, timah disebut sebagai konduktor
yang baik sebab logam memiliki susunan atom yang sedemikian
rupa, sehingga elektronnya dapat bergerak bebas.
Tahun 1906 ,pickard merancang suatu diode detector dari
Kristal slikon yang disebut dengan nama Cat’s wishker, dimana alat yang di
buatnya ini terdiri atas suatu kawat
yang disambungkan dengan Kristal silicon; alat inilah yang
dikenal sebagai dioada semikonduktor yang pertama. Dalam bidang industry
penemuan komponen semikonduktor mengakibatkan banyak perubahan dalam kehidupan
manusia.
Terutama dilihat manfaatnya dalam membantu
kelancaran proses industry, diantaranya:
1. Dipergunakannya komponen
pasif seperti hambatan ,kapasitor, inductor, dan transformator sebagai
kelengkapan dalam menyusun suatu rangkaian elektronik.
2. Dibuatnya alat elektronik
radio AM, radio FM, penguat suara hi-fi, TV warna,pemancar FM.3.
Penggunaan alat elektronik untuk mengatur dan menjalankan
mesin-mesin industri, dengan ditemukannya diode tegangan tinggi, diode daya
tinggi.
B. SUSUNAN ATOM SEMIKONDUKTOR
Bahan semikonduktor yang banyak dikenal contohnya adalah
Silicon (Si), Germanium (Ge) dan Gallium Arsenida (GaAs). Germanium dahulu
adalah bahan satu-satunya yang dikenal untuk membuat komponen semikonduktor.
Namun belakangan, silikon menjadi popular setelah ditemukan cara mengekstrak
bahan ini dari alam.Silikon merupakan bahan terbanyak ke dua yang ada di bumi
setelah oksigen. Pasir, kaca dan batu-batuan lain adalah bahan alam yang banyak
mengandung unsur silikon. Dapatkah anda menghitung jumlah pasir di pantai.
Struktur atom kristal silikon, satu inti atom (nucleus)
masing-masing memiliki 4 elektron valensi. Ikatan inti atom yang stabil adalah
jika dikelilingi oleh 8 elektron, sehingga 4 buah elektron atom kristal
tersebut membentuk ikatan kovalen dengan ion-ion atom tetangganya.
Ikatan kovalen menyebabkan elektron tidak dapat berpindah
dari satu inti atom ke inti atom yang lain. Pada kondisi demikian, bahan
semikonduktor bersifat isolator karena tidak ada elektron yang dapat berpindah
untuk menghantarkan listrik. Pada suhu kamar, ada beberapa ikatan kovalen yang
lepas karena energi panas, sehingga memungkinkan elektron terlepas dari
ikatannya. Namun hanya beberapa jumlah kecil yang dapat terlepas, sehingga
tidak memungkinkan untuk menjadi konduktor yang baik.
Ahli-ahli fisika terutama yang menguasai fisika
quantum pada masa itu mencoba memberikan doping pada bahan semikonduktor ini.
Pemberian doping dimaksudkan untuk mendapatkan elektron valensi bebas dalam
jumlah lebih banyak dan permanen, yang diharapkan akan dapat menghantarkan
listrik.
C. TIPE-N
Misalnya pada bahan silikon diberi doping phosphorus atau
arsenic yang pentavalen yaitu bahan kristal dengan inti atom memiliki 5
elektron valensi. Dengan doping, Silikon yang tidak lagi murni ini (impurity
semiconductor) akan memiliki kelebihan elektron. Kelebihan elektron membentuk
semikonduktor tipe-n. Semikonduktor tipe-n disebut juga donor yang siap
melepaskan elektron.
D. TIPE-P
Kalau silikon diberi doping Boron, Gallium atau Indium, maka
akan didapat semikonduktor tipe-p. Untuk mendapatkan silikon tipe-p, bahan
dopingnya adalah bahan trivalent yaitu unsur dengan ion yang memiliki 3
elektron pada pita valensi. Karena ion silikon memiliki 4 elektron, dengan
demikian ada ikatan kovalen yang bolong (hole). Hole ini digambarkan sebagai
akseptor yang siap menerima elektron. Dengandemikian, kekurangan elektron
menyebabkan semikonduktor ini menjadi tipe-p.
E. RESISTANSI
Semikonduktor tipe-p atau tipe-n jika berdiri sendiri
tidak lain adalah sebuah resistor. Sama seperti resistor karbon, semikonduktor
memiliki resistansi. Cara ini dipakai untuk membuat resistor di dalam sebuah
komponen semikonduktor. Namun besar resistansi yang bisa didapat kecil karena
terbatas pada volume semikonduktor itu sendiri.
F. DIODA PN
Jika dua tipe bahan semikonduktor ini dilekatkan pakai lem ,
maka akan didapat sambungan P-N (p-n junction) yang dikenal sebagai dioda. Pada
pembuatannya memang material tipe P dan tipe N bukan disambung secara harpiah,
melainkan dari satu bahan (monolithic) dengan memberi doping (impurity
material) yang berbeda.
G. Fungsi Transistor beserta komponen dan
cara pembuatannya
Fungsi transistor sangat menentukan kinerja dari sebuah
rangkaian elektronika. Dalam sebuah sirkuit/rangkaian elektronika, transistor
berfungsi sebagai jangkar rangkaian. Secara fisik, Transistor adalah sebuah
komponen elektronika semi konduktor yang memiliki 3 kaki, yang masing-masing
kakinya diberi nama basis (B), colector (C) dan emitor (E).
Dalam sebuah sirkuit, fungsi Transistor dapat digunakan
sebagai sebuah penguat (amplifier), sirkuit pemutus dan penyambung (switching),
stabilisasi tegangan (stabilisator), modulasi sinyal dan berbagai fungsi
lainnya.
Berdasarkan susunan semi konduktor, Transistor di bedakan
menjadi 2 tipe yaitu transistor PNP dan transistor NPN. Untuk membedakan
transistor PNP dan NPN dapat di lihat dari arah panah pada kaki emitornya. Pada
transistor PNP anak panah mengarah ke dalam dan pada transistor NPN arah
panahnya mengarah ke luar.
Pada saat ini Funsi Transistor telah banyak mengalami
perkembangan, sekarang sebuah transistor sudah dapat digunakan sebagai memory
dan pemroses sebuah getaran listrik dalam dunia prosesor computer
Bukan hanya fungsi transistor saja yang berkembang, bentuk
dari transistor juga mengalami perubahan, saat ini transistor telah berhasil di
ciptakan dalam ukuran super kecil, yaitu hanya dalam ukuran nano mikron
(transistor yang dikemas dalam prosesor komputer).
Dalam dunia elektronika, transistor juga memiliki bentuk
jelajah tegangan kerja dan frekuensi yang sangat besar dan lebar. Penggunaan
transistor dalam sebuah rangkaian analog adalah sebagai amplifier, switch,
stabilitas tegangan, dan lain-lain. Dalam rangkaian digital selain di gunakan
sebagai saklar yang memiliki kecepatan tinggi juga dapat digunakan sebagai
pemroses data yang akurat dan sebagai memory.
Cara kerja transistor yang tidak serumit komponen penguat
lainnya, seperti tabung elektronik, dan kemampuannya yang berkembang secara
berkala, dan juga bentuk fisiknya yang semakin berkembang, membuat transistor
menjadi pilihan utama para penghobi elektronika dalam menyusun suatu konsep
rangkaian elektronika.
Bahkan saat ini bentuk fisik dan fungsi transistor telah
berada satu tahap diatas sebelumnya. Sekarang fungsi transistor banyak yang
sudah terintegrasi dan disatukan dari beberapa jenis transistor menjadi satu
buah komponen yang lebih kompak yang dalam dunia elektronika biasa disebut
dengan Integrated Circuit (IC). Integrated Circuit mempunyai cara kerja dan
kemampuan yang lebih kompleks, tetapi mempunyai bentuk fisik yang ringkas
sehingga tidak banyak memakan tempat.
Namun tidak dapat dipungkiri, walaupun fisiknya berkembang
menjadi satu komponen baru, namun fungsi transistor tetap memegang peranan
vital dalam sebuah rangkaian elektronika.
H. Dioda semikonduktor
Sebagian besar dioda saat ini berdasarkan pada teknologi pertemuan
p-n semikonduktor. Pada dioda p-n, arus mengalir dari sisi tipe-p (anoda)
menuju sisi tipe-n (katoda), tetapi tidak mengalir dalam arah sebaliknya.
Tipe lain dari dioda semikonduktor adalah dioda Schottky
yang dibentuk dari pertemuan antara logam dan semikonduktor (sawar Schottky)
sebagai ganti pertemuan p-n konvensional
1. Jenis-jenis dioda semikonduktor
a) Dioda
biasa
Beroperasi seperti penjelasan di atas. Biasanya dibuat dari
silikon terkotori atau yang lebih langka dari germanium. Sebelum pengembangan
dioda penyearah silikon modern, digunakan kuprous oksida (kuprox)dan
selenium, pertemuan ini memberikan efisiensi yang rendah dan penurunan tegangan
maju yang lebih tinggi (biasanya 1.4–1.7 V tiap pertemuan, dengan banyak
lapisan pertemuan ditumpuk untuk mempertinggi ketahanan terhadap tegangan
terbalik), dan memerlukan benaman bahang yang besar (kadang-kadang perpanjangan
dari substrat logam dari dioda), jauh lebih besar dari dioda silikon untuk
rating arus yang sama.
b) Dioda bandangan
Dioda yang menghantar pada arah terbalik ketika tegangan
panjar mundur melebihi tegangan dadal dari pertemuan P-N. Secara listrik mirip
dan sulit dibedakan dengan dioda Zener, dan kadang-kadang salah disebut sebagai
dioda Zener, padahal dioda ini menghantar dengan mekanisme yang berbeda yaitu
efek bandangan. Efek ini terjadi ketika medan listrik terbalik yang membentangi
pertemuan p-n menyebabkan gelombang ionisasi pada pertemuan, menyebabkan arus
besar mengalir melewatinya, mengingatkan pada terjadinya bandangan yang
menjebol bendungan. Dioda bandangan didesain untuk dadal pada tegangan terbalik
tertentu tanpa menjadi rusak. Perbedaan antara dioda bandangan (yang mempunyai
tegangan dadal terbalik diatas 6.2 V) dan dioda Zener adalah panjang kanal yang
melebihi rerata jalur bebas dari elektron, jadi ada tumbukan antara mereka.
Perbedaan yang mudah dilihat adalah keduanya mempunyai koefisien suhu yang
berbeda, dioda bandangan berkoefisien positif, sedangkan Zener berkoefisien
negatif.
c) Dioda Cat's
whisker
Ini adalah salah satu jenis dioda kontak titik. Dioda cat's
whisker terdiri dari kawat logam tipis dan tajam yang ditekankan pada kristal
semikonduktor, biasanya galena atau sepotong batu bara. Kawatnya membentuk
anoda dan kristalnya membentuk katoda. Dioda Cat's whisker juga disebut dioda
kristal dan digunakan pada penerima radio kristal.
d) Dioda arus
tetap
Ini sebenarnya adalah sebuah JFET dengan kaki
gerbangnya disambungkan langsung ke kaki sumber, dan berfungsi seperti pembatas
arus dua saluran (analog dengan Zener yang membatasi tegangan). Peranti ini
mengizinkan arus untuk mengalir hingga harga tertentu, dan lalu menahan arus
untuk tidak bertambah lebih lanjut.
2. Karakteristik arus–tegangan
Karakteristik arus–tegangan dari
dioda, atau kurva I–V, berhubungan dengan perpindahan dari pembawa melalui yang
dinamakan lapisan penipisan atau daerah pemiskinan yang terdapat pada pertemuan
p-n diantara semikonduktor. Ketika pertemuan p-n dibuat, elektron pita konduksi
dari daerah N menyebar ke daerah P dimana terdapat banyak lubang yang
menyebabkan elektron bergabung dan mengisi lubang yang ada, baik lubang dan
elektron bebas yang ada lenyap, meninggalkan donor bermuatan positif pada
sisi-N dan akseptor bermuatan negatif pada sisi-P. Daerah disekitar pertemuan
p-n menjadi dimiskinkan dari pembawa muatan dan karenanya berlaku sebagai
isolator.
Walaupun
begitu, lebar dari daerah pemiskinan tidak dapat tumbuh tanpa batas. Untuk
setiap pasangan elektron-lubang yang bergabung, ion pengotor bermuatan positif
ditinggalkan pada daerah terkotori-n dan ion pengotor bermuatan negatif
ditinggalkan pada daerah terkotori-p. Saat penggabungan berlangsung dan lebih
banyak ion ditimbulkan, sebuah medan listrik terbentuk didalam daerah
pemiskinan yang memperlambat penggabungan dan akhirnya menghentikannya. Medan
listrik ini menghasilkan tegangan tetap dalam pertemuan.
0 komentar:
Posting Komentar