BAB I
PENDAHULUAN
A.
LATAR
BELAKANG
Secara sederhana zat padat dikelompokkan sebagai isolator,
semikondukor, dan kondukor. Bahan Isolator adalah material yang susah
menghantarkan arus lisrik, sedangkan bahan konduktor adalah material yang dapat
menghantarkan arus lisrik. Bahan Semikondukor adalah sutau material dengan
sifat konduktivitas di antara konduktor dan isolator, contohnya silicon,
germanium. Untuk menjelaskan konduktivias bahan seringkali menggun`akan konsep
pita energy. Ada dua pita energy yaitu pita valensi dan pita konduksi. Pita
valensi adalah pita energy yang mungkin diisi oleh electron dari zat padat
hingga komplit. Setiap pita memiliki 2N electron dengan N adalah jumlah atom.
Bila masih ada elektron yang tersisa akan mengisi pita konduksi. Pada suhu 0 K,
pita konduksi terisi sebagian untuk bahan konduktor, sedangkan untuk isolator
dan semikonduktor tidak ada elektron yang mengisi pita konduksi.
B.
RUMUSAN MASALAH
Berdasarkan
latar belakang di atas, dapat dirumuskan permasalahannya yaitu :
1. Bagaimana
yang dimaksud dengan semikonduktor ?
2. Bagaimana
sifat semikonduktor dalam pembuatan komponen elektronika?
3. Bagaimana
klasifikasi semikonduktor?
C.
TUJUAN
MASALAH
1. Untuk
mengetahui pengertian semikonduktor
2. Untuk
menjelaskan sifat semikonduktor dalam pembuatan komponen elektronika?
3. Untuk
mengetahui klasifikasi semikonduktor.
BAB II
PEMBAHASAN
A.
Pengertian
Semikonduktor
Semikonduktor
adalah sebuah bahan dengan konduktivitas listrik
yang berada di antara insulator
(isolator) dan konduktor.
Semikonduktor disebut juga sebagai bahan setengah penghantar listrik. Suatu
semikonduktor bersifat sebagai insulator
jika tidak diberi arus listrik dengan cara dan besaran arus tertentu, namun
pada temperatur, arus tertentu, tatacara tertentu dan persyaratan kerja
semikonduktor berfungsi sebagai konduktor,
misal sebagai penguat arus, penguat tegangan dan penguat daya. Untuk
menggunakan suatu semikonduktor supaya bisa berfungsi harus tahu spefikasi dan
karakter semikonduktor itu, jika tidak memenuhi syarat operasinya maka akan
tidak berfungsi dan rusak. Bahan semikonduktor yang sering digunakan adalah silikon,
germanium, dan gallium arsenide.
Semikonduktor
merupakan bahan yang dipakai dalam pembuatan komponen elektronika seperti
resistor, dioda, transistor, kapasitor, dan lain sebagainya. Antara bahan yang
satu dengan yang lainnya mempunyai sifat dasar dan karakteristik yang berbeda.
Ø Struktur Atom Bahan Semikonduktor
Bahan semikonduktor murni akan menjadi isolator pada suhu
mutlak (-273°C), hal ini dikarenakan elektron valensi terikat erat pada
tempatnya. Elektron valensi adalah elektron-elektron yang terletak di kulit
terluar sebuah unsur.
Silikon dan Germanium adalah bahan semikonduktor yang paling
banyak digunakan dalam pembuatan komponen elektronika. Silikon lebih banyak
digunakan daripada Gemanium karena sifatnya yang lebih stabil pada suhu tinggi.
Silikon adalah material dengan struktur pita energi tidak langsung (indirect
bandgap), di mana nilai minimum dari pita konduksi dan nilai maksimum dari pita
valensi tidak bertemu pada satu harga momentum yang sama. Ini berarti agar
terjadi eksitasi dan rekombinasi dari pembawa muatan diperlukan perubahan yang
besar pada nilai momentumnya atau dapat dikatakan dibutuhkan bantuan sebuah
partikel dengan momentum yang cukup (seperti phonon) untuk mengkonservasi
momentum pada semua proses transisi. Dengan kata lain, silikon sulit
memancarkan cahaya. Sifat ini menyebabkan silikon tidak layak digunakan sebagai
piranti fotonik/optoelektronik.
Ø Piranti Semikonduktor
Piranti semikonduktor dapat diartikan sebagai komponen
atau alat yang berbahan semikonduktor.Contoh semikonduktor misalnya Cu2O,
Se, Si, Ge, HgI2 dan PbS. Semikonduktor yang paling terkenal
adalah semikonduktor Silikon (Si) dan Germanium (Ge). Dalam keadaan murni
semikonduktor bersifat isolator, terutama pada suhu yang rendah. Tetapi
konduktivitasnya bertambah bila ditambah sedikit bahan lain dengan cara yang
disebut “doping”. Semikonduktor banyak dipakai untuk membuat dioda dan
transistor.
Jenis-Jenis Semikonduktor
1. Semikonduktor jenis –n
Semikonduktor jenis –n adalah semikonduktor yang dikotori
dengan atom-atom pemberi (donor) yang memberikan kelebihan elektron. Germanium
yang murni adalah kristal semikonduktor yang tidak mempunyai elektron bebas. Atom-atomnya
tersusun secara teratur, tiap atom berikatan dengan empat atom yang lainnya.
Ikatan antar atom-atom di dalam kristal dimungkinkan karena tiap atom mempunyai
4 elektron di kulit terluarnya.
2. Semikonduktor jenis –p
Semikonduktor jenis-p adalah semikonduktor yang berisi
atom-atom penerima (akseptor)yang kekurangan electron. Jika boron dimasukkan ke
dalam cairan germanium, maka akan terbentuk kristal-kristal yang mempunyai
kekosongan di dalam ikatan atom-atomnya karena boron hanya mempunyai 3 elektron
terluarnya.
Ø Arus Pada Semikonduktor
Pada semikonduktor dikenal dua macam
arus, yaitu arus drift dan arus difusi. Arus drif adalah arus yang ditimbulkan
oleh mengalirnya muatan-muatan yang disebabkan oleh perbedaan potensial.
Contohnya adalah arus yang terjadi pada bahan resistif yang dipasang pada suatu
tegangan listrik. Arus difusi adalah arus yang tidak disebabkan oleh adanya
perbedaan tegangan, melainkan akibat gerak random dari pertikel-partikel
bermuatan yang disebabkan oleh energi panas. Contohnya adalah elektron mengalir
dari suatu tempat yang padat ke tempat yang sedikit sampai dicapainya suatu
keseimbangan.
Ø Doping
Pemberian doping dimaksudkan untuk
mendapatkan elektron valensi bebas dalam jumlah lebih banyak dan permanen, yang
diharapkan akan dapat menghantarkan listrik. Energy yang diperlukan untuk
memutus sebuah ikatan kovalen adalah sebesar 1,1 eV untuk silicon dan 0,7 eV
untuk germanium. Pada temperature ruang (300K), sejumlah electron mempunyai
energy yang cukup besar untuk melepaskan diri dari ikatan dan tereksitasi dari
pita valensi ke pita konduksi menjadi electron bebas. Besarnya enrgi yang
diperlukan untuk melepaskan elektron dari pita valensi ke pita konduksi ini
disebut energy terlarang (energy gap). Jika sebuah ikitan kovalen terputus,maka
akan terjadi kekosongan lubang (hole). Pada daerah dimana terjadi kekosongan
akan terdapat kelebihan muatan positif, dan daerah yang ditempati electron
bebaas mempunyai kelebihan muatan negative. Kedua muatan inilah yang memberikan
kontribusi adanya aliran listrik pada semikonduktor murni. Jika elektron
valensi dari ikatan kovalen yang lain mengisi lubang tersebut maka akan terjadi
lubang baru di tempat yang lain dan seolah-olah sebuah muatan positf bergerak
dari lubang yang lama ke lubang baru.
B.
Sifat Semikonduktor Pada Komponen
Elektronika
Semikonduktor adalah bahan yang terletak di antara konduktor
dan isolator. Contoh, silikon, germanium, antimon, dll. Sifat bahan, baik
konduktor, isolator, maupun semikonduktor terletak pada struktur jalur atau
pita energi atom-atomnya. Pita energi adalah kelompok tingkat energi elektron
dalam kristal. Sifat-sifat kelistrikan sebuah kristal tergantung pada struktur
pita energi dan cara elektron menempati pita energi tersebut. Pita energi
dibedakan menjadi 3, yaitu:
1.
Jalur valensi
Penyebab terbentuknya jalur valensi
adalah adanya ikatan ato-atom yang membangun kristal. Pada jalur ini elektron
dapat lepas dari ikatan atomnya jika mendapat energi.
2.
Jalur konduksi
Jalur konduksi adalah tempat
elektron-elektron dapat bergerak bebas karena pengaruh gaya tarik inti tidak
diperhatikan lagi. Dengan demikian elektron dapat bebas menghantarkan listrik.
3.
Jalur larangan
Jalur larangan adalah jalur pemisah
antara jalur valensi dengan jalur konduksi.Yang membedakan apakah bahan itu
termasuk konduktor, isolator, atau semikonduktor adalah energi Gap (Eg). Satuan
energi gap adalah elektron volt (eV). Satu elektron volt adalah energi yang
diperlukan sebuah elektron untuk berpindah pada beda potensial sebesar 1 volt.
Satu elektron volt setara dengan 1,60 x 10-19 Joule.
Energi gap adalah energi yang
diperlukan oleh elektron untuk memecahkan ikatan kovalen sehingga dapat
berpindah jalur dari jalur valensi ke jalur konduksi. Energi gap germanium pada
suhu ruang (300K) adalah 0,72 eV, sedangkan silikon adalah 1,1 eV. Bahan-bahan
semikonduktor dengan energi gap yang rendah biasanya dipakai sebagai bahan
komponen elektronika yang dioperasikan pada suhu kerja yang rendah pula.
C. Klasifikasi
Semikonduktor
Berdasarkan murni atau tidak murninya
bahan, semikonduktor dibedakan menjadi dua jenis, yaitu semikonduktor
intrinsik dan ekstrinsik.
1. Semikonduktor
Intrinsik
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 electron 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
- 3,7.
2. Semikonduktor Ekstrinsik
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 electron 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.
BAB III
PENUTUP
A.
KESIMPULAN
-
Semikonduktor adalah sebuah bahan dengan konduktivitas listrik
yang berada di antara insulator
(isolator) dan konduktor.
Semikonduktor disebut juga sebagai bahan setengah penghantar listrik. Semikonduktor merupakan bahan yang
dipakai dalam pembuatan komponen elektronika seperti resistor, dioda,
transistor, kapasitor, dan lain sebagainya. Antara bahan yang satu dengan yang
lainnya mempunyai sifat dasar dan karakteristik yang berbeda.
-
Sifat bahan, baik konduktor, isolator, maupun semikonduktor
terletak pada struktur jalur atau pita energi atom-atomnya. Pita energi adalah
kelompok tingkat energi elektron dalam kristal. Sifat-sifat kelistrikan sebuah
kristal tergantung pada struktur pita energi dan cara elektron menempati pita
energi tersebut.
-
Berdasarkan murni atau
tidak murninya bahan, semikonduktor dibedakan menjadi dua jenis, yaitu
semikonduktor intrinsik dan ekstrinsik.
1.
Semikonduktor Intrinsik
Semikonduktor intrinsik merupakan
semikonduktor yang terdiri atas satu unsur saja, misalnya Si saja atau Ge
saja.
2.
Semikonduktor Ekstrinsik
Semikonduktor ektrinsik adalah
semikonduktor yang telah terkotori
(tidak murni lagi) oleh atom dari jenis lainnya dinamakan
DAFTAR PUSTAKA
Owen
Bishop, Dasar-Dasar Elektronika.
Jakarta: Erlangga, 2004.
Arthur
Beiser, Konsep Fisika Modern.
Jakarta: Erlangga, 1987.
Kenneth
Krane, Fisika Modern. Jakarta: UI
Press, 1992.
0 komentar:
Posting Komentar