SEMIKONDUKTOR

SEMIKONDUKTOR

A.        Pengertian semikonduktor

           

            Elektronika adalah ilmu pengetahuan dan teknologi yang membahan aliran pertikel bermuatan di dalam gas, di dalam hampa udara atau didalam semikonduktor. Prinsip – prinsip kerja elektronika dan teknologi listrik adalah berdasarkan hokum – hokum kelistrikan dan kemagnetan. Tahun 1906, pickard merancang suatu diodo detector dari kristal silicon yang di sebutkan dengan nomo cats wishler, dimana alat yang di buatnya ini terdiri atas suatu kawat yang disambungkan dengan kristal silicon, alat inilah yang di kenal sebagai dioda “ Semikonduktor “ yang pertama.

            Dalam bidang industri penemuan komponen semi konduktor mengakibatkan banyak perubahan dalam kehidupan manusia, terutama dilihat manfaatnya dalam membantu kelancaran proses industri, diantaranya :

1.                  dipergunakan dalam komponen pasif seperti hambatan, kapasitas, inductor, dan transpormotor sebagai kelengkapan dalam menyusun suatu rangkaian elektronik.

2.                  Dibuatnya alat elektronik radoa AM, radio FM, penguat suara Gi – Fi, TV hitam putih, TV warna, pemancar FM.

3.                  Pengunaan alat elektronik untuk mengatur dan menjalankan mesin – mesin industri, dengan di temukannya dioda tegangan tinggi, dioda daya tinggi.

Dengan makin berkembangnya teknologi, maka upaya manusia untuk lebih meningkat pengetahuan juga ikut berkembang. Pernemuan transistor menjadi titik tolak kemajuan komponen elektronika sampai saat ini di sebut sebagai kelahiran komponen zat padat ( semikonduktor ). Dan komponen ini diberi nama “ Transistor “

Semikonduktor adalah suatu susuna kristal yang mempunyai sifat kelistrikan menyurupai konduktor atau menyurupai isolator dalam keadaan tertentu ( suhu atau medan listrik ). Berdasarkan penelitian yang sudah dilakuakan, maka dari beberapa kristal semikonduktor diperoleh tenaga energi celah ( Tabel ).

1 eV ( Elekton Volt ) adalah energi kinetic yang dibutuhkan oleh electron yang bergerak melalui bedo potensial I Volt.

                        1 eV – 1,6 x 10­-19 Jauh

                        - Dalam Temperatul 300 oK ( 27oC )

Pada umumnya bahan yang dipakai sebagai penyusun konponen  aktif adalah “ Semikonduktor Si (14) dan Ge (32). Jika Si atau Ge membentuk susunan kristal, maka semikonduktor adalah intrinsic (semikonduktor murni). Terlihat digambar dibawah ini”

             

Terlihat bahwa pada konduksi tidak satu buah electron pun, semua electron berada didalam pita valensi. Jika kristal berada pada temperatul absolute 0 o K, maka kristal akan bersifat sebagai “isolator ideal “. Dalam hal ini energi celah (energi gop) dari Sid an Ge adalah :

            EG (Si) (0oK) – 1,21 eV dan EG (Ge) (0oK) = 0,785

Jika temperature dikeliling kristal dinaikan menjadi 300 oK (27 oC), maka electron pada pita valensi mulai bergetar sehingga mempunyai energi yang cukup besar, hal ini berakibat melemahnya energi celah, sehingga pada temperature kamar energi celah dari Si dan Ge menjadi :

            EG (Si) (300oK) = 1,1 eV dan EG (Ge) (300oK) = 0,72 eV

Meskipun energi celah melemah pada temratur kamar, untuk memidahkan electron dari kulit valensi kekulit konduksi diperlukan energi dari luar (medan listrik) yang cukup besar. Jika pengunaan semikonduktor harus mengikuti aturan efisiensi dan ekonomi maka pengunaan energi yang besar mengakibatkan harga operasi komponen menjadi makin tinggi. Untuk mengurangi pengunaan energi yang tinggi, harus dibuat suatu semikonduktor yang mempunyai karakteristik (ciri) khusus. Ciri ini mutlak perlu agar keadaan menghatar listrik dari semikonduktor dapat dicapai dengan hanya memberi energi yang kecil. Jika semikonduktor sudah berubah cirinya dibandingkan dengan semikonduktor murni, maka semikonduktor menjadi”ektrinsik”. Cirri ini dapat dianalisis, jika berbentuk suatu semikonduktor yang mempunyai keadaan dimana sejumlah muatan – muatan bebas bertindak sebagai sarana penghantar listrik. Salah satu cara adalah meletakan sejumlah muatan bebas dibawah tingkat energi pita konduksi atau di atas tingkat energi pita valensi (gambar di bawah ini)

SEMIKONDUKTOR

                                    (a)

Gambar model pita energi semikonduktor ektrinsik

B.                 Tujuan pengubahan semikonduktor

Tujuan perubahan struktur kristal semikonduktor ini adalah agar komponen aktif yang bentuk dapat berfungsi sebagai konduktor atau isolator sebaik mungkin. Struktur kristar semikonduktor yang berubah menjadi ektrinsik akan berakibatkan bahwa energi Fermi akan bergeser mendekati pita konduksi mendekati pita velensi. Keadaan ektrinsik suatu semikonduktor dapat dicapai dengan proses doping (pengotaran) sejumlah atom. Dengan adanya pengotoran dengan atom tertentu maka sifat dari semi konduktor akan berbeda dengan sifat aslinya. Proses doping ini dapat dilakukan dengan mencampurkan secara teknik metalurgi sejumlah atom yang mempunyai valensi 5 atau valensi 3 keadaan kristal semikonduktor intrinsik

Pengotoran dengan atom valensi 5 ( fostor, arsenik, antimon, bismuth) akan mengakibatkan kristal semi konduktor murni memperoleh tambahan 1 buah electron untuk 1 buah atom pengotor ( menurut  pengamatan ) kedalam 1 juta atom semikonduktor murni diberikan 1 juta atom semikonduktor murni diberikan 1 atom pengotor.

Pengotoran dengan atom velensi 3 (balon, alumaninum,gallium,indium,talium ) menyebabkan kristal semi konduktor murni kekurangan 1 buah electron, sehingga semikonduktor murni tersebut berubah menjadi semikonduktor yang kekurangan muatan electron.

Electron valensi silicon

Karena kekurangan 1 buah kristal semikonduktor untuk pengotoran 1 buah atom pengotor, menyebebkan semikonduktor intrinsic berubah menjadi “semi konduktor ekstrinsik tipe positif”. Sehingga 1 buah electron velensi dari semikonduktor tidak melakukan ikatan kovalen; hal ini mengakibatkan susunan kristal menjadi kekurangan 1 buah electron untuk pengotoran 1 buah atom – atom akseptor perhatikan berikut ini.

Electron valensi silicon

Electron valensi ekseptor

Gambar 1,7 semikonduktor ekstrinsik tipe positif.

C.