Semikonduktor

Semikonduktor

(Elektronika Dasar)

 

Karakteristik Atom

Karakteristik suatu atom adalah : 

1.       Setiap inti mempunyai medan gaya tarik dengan elektronnya dan dikenal sebagai muatan,

2.       Inti bermuatan positip terhadap elektron, sebaliknya e lektron bermuatan  negatip terhadap intinya, 

3.       Kedua muatan tersebut dapat saling tarik menarik atau tolak menolak,dan juga bisa bermuatan netral jika jumlah muatan positip dan negatipnya seimbang.

Susunan Atom

Elektron-elektron yang melintas pada lapisan terdalam (berdekatan dengan inti) akan terikat kuat oleh muatan intinya dana kan sulit untuk melepaskan diri dari susunannya. Sedang bagi elektron-elektron yang menempati lapisan terluar akan mudah dipengaruhi oleh sejumlah tenaga dari luar dan mereka dapat keluar sebagai elektron bebas . Elektron yang menempati lapisan terluar tersebut sangat memegang peranan penting dalam penentuan sifat kimia dan kelistrikan unsur dan sering disebut sebagai  elektron martabat (Valensi). 

Setiap elektron mempunyai kemampuan untuk mengikat satu elektron lain dari atom lainnya yang berada disekitarnya. Misalkan ada beberapa atom silikon yang saling berdekatan seperti gambar 1.3, maka elektron-elektron yang saling berdekatan akan menjalin ikatan yang dikenal sebagai Ikatan Kovalen  (Covalent-Bond).

Pada umumnya bahan kelistrikan yang anda kenal  ada dua, yaitu penghantar (konduktor) dan penyekat (isolator). Suatu bahan konduktor dikatakan baik, jika mempunyai nilai tahanan jenis yang rendah yaitu berkisar antara 10^-8  sampai 10^-7 ohm-meter. Sedangkan suatu

bahan isolator dikatakan baik jika mempunyai nilai tahanan jenis yang tinggi, yaitu berkisar antara 104 sampai 1016  ohm-meter.  Selain kedua jenis bahan di atas, ada suatu bahan yang mempunyai tahanan jenis yang berubah-ubah seiring dengan perubahan temperatur.  

Bahan ini digolongkan pada bahan setengah-penghantar  (semiconductor), dimana pada temperatur absolut (0⁰K =  -273⁰ C) dalam keadaan murni bersifat sebagai isolator, sedangkan jika ada kenaikan temperatur sifatnya akan berubah menjadi konduktor. Nilai  tahanan jenis bahan semikonduktor ini berkisar antara 10^-1  sampai 10^-15 ohm-meter. 

Berikut ini diperlihatkan contoh perbedaan tahanan jenis bahan pada temperatur kamar

Terbentuknya Bahan Semikonduktor tipe P dan N

Bahan dasar yang bayak dan sering digunakan dalam membuat piranti elektronik adalah bahan Germanium dan Silikon, dimana kedua bahan tersebut mempunyai elektron valensi yang sama yaitu empat buah elektron-elektron bebas akan mengalir dalam bahan semikonduktor pada temperatur diatas nol -mutlak. Atau dengan kata lain harus adanya pemaksaan panas (agitasi thermis). Selain itu juga disebutkan adanya metoda impurity, dimana unsur murni bahan semikonduktor tersebut dicampur dengan unsur lainnya (agitasi chemis).

Guna mendapat muatan positip pada atom silikon atau germanium yang mempunyai  valensi empat, maka atom tersebut harus  dicampur  dengan atom unsur lain yang

bervalensi tiga, misal unsur Indium (In) dan Galium (Ga). Dikarenakan unsur silikon  bervalensi empat, maka unsur indium yang bervalensi tiga akan menerima empat buah  elektron

Sebagai paduan bersama, maka akan terbentuk bahan baru yang disebut silikon atau germanium tipe P, dimana hurup P ini menunjukkan muatan terbanyak positip atau hole. Dikarenakan atom indium menerima elektron dari silikon atau germanium, maka indium disebut sebagai penerima (akseptor). Gambar 1.6. memperlihatkan susunan kristal silikon-P dan jika anda perhatikan lebih seksama akan  tampak pada ikatan kovalennya terjadi kekurangan elektron yang mengasilkan muatan positip (hole).

Jika hasil pencampuran antara atom unsur semikonduktor yang bervalensi empat dengan unsur yang bervalensi tiga akan menghasilkan campuran yang bermuatan positip dan untuk memperoleh campuran yang bermuatan negatip kita harus campurkan bahan silikon atau germanium dengan unsur lain yang bervalensi lima misalnya unsur Arsenikum, Antimon atau Phospor. Campuran ini akan membentuk campuran bermuatan negatip dikarenak an kelebihan elektron. Unsur pencampur tersebut dinamakan unsur  pemberi (donor) sedangkan hasil campurannya disebut Silikon atau Germanium tipe N

Dioda PN

Sambungan bahan semikonduktor tipe P dan N mendasari terbentuknya suatu piranti elektronik aktif yang dikenal sebagai Dioda.  Dioda ini berasal dari dua kata  Duo dan  Electrode  yang berarti dua elektroda, yaitu Anoda  yang berpolaritas postip dan Katoda yang berpolatitas negatip. Secara umum dioda disimbolkan dan bentuk fisiknya seperti terlihat pada gambar 1.8. Salah satu aplikasi penggunaan dioda dalam ilmu kelistrikan adalah sebagai  penyearah arus (rectifier) dari arus bolak-balik ke arus searah.

Sifat Dioda  

1.    Bias Maju

Jika anoda dihubungkan dengan kutub positip sumber searah dan katodanya dihubungkan dengan kutub negatipnya seperti terlihat pada gambar 1.9., maka rangkaian tersebut dikenal sebagai rangkaian bias maju (Forward -Bias). Pada kondisi seperti ini arus akan mengalir dari anoda menuju katoda. Tegangan dimana dioda mulai mengalirkan arus disebut sebagai  tegangan kerja dioda ( d). untuk dioda silikon Ud  0,7 volt sedangkan untuk dioda germanium Ud  0,3 volt. 

2.    Bias Mundur

 

Jika kedua elektroda dioda tersebut kita hubungkan secara terbalik (berlawanan polaritas), yaitu anoda dihubungkan dengan sumber negatip sumber searah sedangkan katoda dihubungkan dengan sumber positipnya, maka bias demikian disebut bias mundur (Reverse -Bias) seperti diperlihatkan pada gambar 1.10.

Pada  saat reverse ini dioda akan mempunyai nilai hambatan yang besar, sehingga arus tidak akan  atau sedikit mengalir dalam orde mikroamper.  Jika tegangan sumber dinaikkan lebih besar lagi, maka suatu saat tertentu secara tiba-tiba arus akan naik secara linear. Tegangan saat arus mengalir secara linear ini dikenal sebagai  tegangan patahan (Breakdown Voltage). Tegangan ini jika terus diperbesar akan mengakibatkan kerusakan pada dioda dan untuk itu tegangan ini dibatasi hingga tegangan nominal yang dikenal dengan nama  Peak  Inverse Voltage  disingkat PIV