Makalah Elektronika Dasar Ii.docx

MAKALAH ELEKTRONIKA DASAR II DIODA SEMI KONDUKTOR

DI SUSUN OLEH : 1. Anggi Oktaviani 2. Ayu Andriani 3. Octaria Nuriska NAMA PENGAMPU : Drs. Zulherman, M.Pd.

FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN JURUSAN ILMU PENGETAHUAN ALAM DAN MATEMATIKA PROGRAM STUDI PENDIDIKAN FISIKA UNIVERSITAS SRIWIJAYA 2018

KATA PENGANTAR

Puji syukur kami panjatkan kehadirat ALLAH SWT, karena berkat Rahmat dan

Hidayah-Nya,

kami

dapat

menyelesaikan

makalah

yang

berjudul

“Semikonduktor” ini, meskipun masih banyak kekurangan. Makalah ini kami buat untuk menambah wawasan dan pengetahuan bagi peserta diskusi pada khususnya dan bagi pembaca pada umumnya. kami mengucapkan terima kasih untuk semua pihak yang telah membantu kami, sehingga makalah ini dapat terselesaikan. Tidak lupa kami juga mengucapkan terima kasih kepada dosen pengampu mata kuliah “Elektronika Dassar II’’, Alimatu Fatmawati, M.Pd. yang telah memberikan bimbingan dan saran yang berharga dalam penyusunan makalah ini sehingga dapat terselesaikan dengan baik. Kami menyadari bahwa makalah ini masih jauh dari sempurna, hal ini dari segi penyusunan maupun dari segi materi. “Tidak ada gading yang tak retak”, demikian pula dengan makalah ini. Oleh karena itu, kami sangat mengharapkan setiap kritik dan saran yang bersifat membangun, yang dapat memperbaiki dan menyempurnakan makalah ini.

Palembang, Januari 2018

Penyusun

BAB I PENDAHULUAN

1.1

Latar Belakang Apabila kita berbicara tentang elektronika maka tidak akan lepas dari

semikonduktor. Memang pada awal kelahirannya elektronika didefenisikan sebagai cabang ilmu listrik yang mempelajari pergerakan muatan didalam gas ataupun vakum. Penerapannya sendiri juga menggunakan komponen-komponen yang utamanya memanfaat kedua medium ini, yang dikenal sebagai Vacuum Tube. Akan tetapi sejak ditemukannya transistor, terjadi perubahan tren dimana penggunaan semikonduktor sebagai pengganti material komponen semakin populer dikalangan praktisi elektronika. Puncaknya adalah saat ditemukannya Rangkaian Terpadu (Integrated Circuit ) pada akhir dekade 50-an yang telah menyederhanakan berbagai rangkaian yang sebelumnya berukuran besar menjadi sangat kecil. Selain itu penggunaan material semikonduktor juga memberikan fleksibilitas dalam penerapannya. Material semikonduktor, seperti juga material-material lainnya terdiri atas atom-atom yang berukuran sangat kecil. Atom-atom ini terdiri atas nukleus (inti) yang dikelilingi oleh sejumlah elektron. Nukleus sendiri terdiri atas neutron dan proton. Proton bermuatan positif, elektron bermuatan negatif, sedangkan neutron netral. Elektron-elektron yang mengelilingi nukleus ini tersebar pada beberapa lapisan kulit dengan jarak tertentu dari nukleus, dimana energinya semakin meningkat seiring dengan meningkatnya jarak dari setiap lapisan kulit terhadap nukleus. Elektron pada lapisan terluar disebut elektron valensi. Aktifitas kimiawi dari sebuah unsur terutama ditentukan oleh jumlah elektron valensi ini. Dalam perkembanganya semikonduktor menjadi bahan yang sangat penting, terutama dalam dunia ektronika. Semikonduktor merupakan elemen dasar dari komponen elektronika seperti dioda, transistor dan IC (Integrated Circuit).

1.2

Rumusan Masalah

Adapun rumusan masalah dari makalah ini adalah sebagai berikut: 1. Apakah pengertian Dioda ? 2. Apa prinsip kerja Dioda ? 3. Apa saja Jenis-jenis Dioda ? 4. Apa saja fungsi Dioda ? 5. Apakah pengertian semikonduktor ? 6. Apa saja susunan atom semikonduktor ? 7. Apa saja prinssip dasar semikonduktor ? 8. Apa saja cara kerja semikonduktor ? 9. Macam-macam semikonduktor ? 1.3

Tujuan

Tujuan dari makalah ini agar peserta diskusi atau pembaca dapat mengetahui: 1. Apakah pengertian Dioda. 2. Apa prinsip kerja Dioda. 3. Apa saja Jenis-jenis Dioda. 4. Apa saja fungsi Dioda. 5. Apakah pengertian semikonduktor. 6. Apa saja susunan atom semikonduktor. 7. Apa saja prinsip dasar semikonduktor. 8. Apa saja cara kerja semikonduktor. 9. Macam-macam semikonduktor.

BAB II PEMBAHASAN A. Pengertian Dioda Dioda merupakan komponen semikonduktor yang paling sederhana. Kata dioda berasal dari pendekatan kata yaitu dua elektroda yang mana (di berarti dua) mempunyai dua buah elektroda yaitu anoda dan katoda.

Dioda

adalah

piranti

elektronik

yang

hanya

dapat

melewatkan

arus/tegangan dalam satu arah saja, dimana dioda merupakan jenis vacuum tube yang memiliki dua buah elektroda (terminal). Karena itu, dioda dapat dimanfaatkan sebagai penyearah arus listrik, yaitu piranti elektronik yang mengubah arus atau tegangan bolak-balik (AC) menjadi arus atau tegangan searah (DC). Dioda jenis vacuum tube pertama kali diciptakan oleh seorang ilmuwan dari Inggris yang bernama Sir J.A. Fleming (1849-1945) pada tahun 1904. Dioda terbentuk dari bahan semikonduktor tipe P dan N yang digabungkan. Dengan demikian dioda sering disebut PN junction. Dioda adalah gabungan bahan semikonduktor tipe N yang merupakan bahan dengan kelebihan elektron dan tipe P adalah kekurangan satu elektron sehingga membentuk Hole. Hole dalam hal ini berfungsi sebagai pembawa muatan. Apabila kutub P pada dioda (anoda) dihubungkan dengan kutub positif sumber maka akan terjadi pengaliran arus listrik dimana elektron bebas pada sisi N (katoda) akan berpindah mengisi hole sehingga terjadi pengaliran arus. Sebaliknya apabila sisi P dihubungkan dengan negatif baterai/sumber, maka elektron akan berpindah ke arah terminal positif sumber. Didalam dioda tidak akan terjadi perpindahan elektron.

Gbr. 1 Simbol Dioda

Gbr. 3 Fisik Dioda

Gbr. 2 Kontruksi Dioda

Sisi Positif (P) disebut Anoda dan sisi Negatif (N) disebut Katoda. Lambang

dioda

seperti

anak

panah

yang

arahnya

dari

sisi

P

ke

sisi N.Karenanya ini mengingatkan kita pada arus konvensional dimana arus mudah mengalir dari sisi P ke sisi N.

B.

Prinsip Kerja Dioda Hampir semua peralatan elektronika memerlukan sumber arus searah.

Penyearah digunakan untuk mendapatkan arus searah dari suatu arus bolak-balik. Arus atau tegangan tersebut harus benar-benar rata tidak boleh berdenyut-denyut agar tidak menimbulkan gangguan bagi peralatan yang dicatu. Dioda semikonduktor hanya dapat melewatkan arus pada satu arah saja, yaitu pada saat dioda memperoleh catu arah/bias maju (forward bias). Karena di dalam dioda terdapat junction (pertemuan) dimana daerah semikonduktor type-p dan semi konduktor type-n bertemu. Pada kondisi ini dioda dikatakan bahwa dioda dalam keadaan konduksi atau menghantar dan mempunyai tahanan dalam dioda relative kecil. Sedangkan bila dioda diberi catu arah/bias mundur (Reverse bias) maka dioda tidak bekerja dan pada kondisi ini dioda mempunyai tahanan dalam yang tinggi sehingga arus sulit mengalir. Apabila dioda silicon dialiri arus AC, maka yang mangalir hanya satu arah saja sehingga arus output dioda berupa arus DC. Dari kondisi tersebut maka dioda hanya digunakan pada beberapa pemakaian saja antara lain sebagai penyearah setengah gelombang (Half Wave Rectifier), penyearah gelombang penuh (Full Wave Rectifier), rangkaian pemotong (Clipper), rangkaian penjepit (Clamper) maupun pengganda tegangan (Voltage Multiplier). Untuk dapat memahami bagaimana cara kerja dioda kita dapat meninjau 3 situasi sebagai berikut ini yaitu : 1.

Dioda Diberi Tegangan Nol

Gbr. 4 Dioda Diberi Tegangan Nol

Ketika dioda diberi tegangan nol maka tidak ada medan listrik yang menarik elektron dari katoda. Elektron yang mengalami pemanasan pada katoda hanya mampu melompat sampai pada posisi yang tidak begitu jauh dari katoda dan membentuk muatan ruang (Space Charge). Tidak mampunya elektron melompat menuju katoda disebabkan karena energi yang diberikan pada elektron melalui pemanasan oleh heater belum cukup untuk menggerakkan elektron menjangkau plate.

2. Dioda Diberi Tegangan Negatif (Reverse Bias)

Gbr. 5 Dioda Diberi Tegangan Negatif

Ketika dioda diberi tegangan negatif maka potensial negatif yang ada pada plate akan menolak elektron yang sudah membentuk muatan ruang sehingga elektron tersebut tidak akan dapat menjangkau plate sebaliknya akan terdorong kembali ke katoda, sehingga tidak akan ada arus yang mengalir.

3. Dioda Diberi Tegangan Positif (Forward Bias)

Gbr. 6 Dioda Diberi Tegangan Positif

Ketika dioda diberi tegangan positif maka potensial positif yang ada pada plate akan menarik elektron yang baru saja terlepas dari katoda oleh karena emisi thermionic, pada situasi inilah arus listrik baru akan terjadi. Seberapa besar arus listrik yang akan mengalir tergantung daripada besarnya tegangan positif yang dikenakan pada plate. Semakin besar tegangan plate akan semakin besar pula arus listrik yang akan mengalir. Oleh karena sifat dioda yang seperti ini yaitu hanya dapat mengalirkan arus listrik pada situasi tegangan tertentu saja, maka dioda dapat digunakan sebagai penyearah arus listrik (rectifier). Pada kenyataannya memang dioda banyak digunakan sebagai penyearah tegangan AC menjadi tegangan DC

C. Jenis-Jenis Dioda Jenis-jenis Dioda terbagi menjadi beberapa bagian, mulai dari Light Emiting Diode (Dioda Emisi Cahaya) yang biasa disingkat LED, Diode Photo (Dioda Cahaya), Diode Varactor (Dioda Kapasitas), Diode Rectifier (Dioda Penyearah) dan yang terakhir adalah Diode Zener yang biasa disebut juga sebagai Voltage Regulation Diode. Semua jenis dioda ini memiliki fungsi yang berbedabeda yang sesuai dengan nama dioda itu sendiri. Dioda disempurnakan oleh William Henry Eccles pada tahun 1919 dan mulai memperkenalkan istilah diode yang artinya dua jalur tersebut, walaupun sebelumnya sudah ada dioda kristal (semikonduktor) yang dikembangkan oleh peneliti asal Jerman yaitu Karl Ferdinan Braun pada tahun 1874, dan dioda termionik pada tahun 1873 yang dikembangkan lagi prinsip kerjanya oleh Frederic Gutherie. Gambar Jenis-Jenis Dioda

Berikut ini adalah pengertian dari Jenis-Jenis Dioda :

1. Light Emiting Diode (Dioda Emisi Cahaya)

Dioda yang sering disingkat LED ini merupakan salah satu piranti elektronik yang menggabungkan dua unsur yaitu optik dan elektronik yang disebut juga sebagai Opteolotronic.dengan masing-masing elektrodanya berupa anoda (+) dan katroda (-), dioda jenis ini dikategorikan berdasarkan arah bias dan diameter cahaya yang dihasilkan, dan warna nya. 2. Diode Photo (Dioda Cahaya)

Dioda jenis ini merupakan dioda yang peka terhadap cahaya, yang bekerja pada pada daerah-daerah reverse tertentu sehingga arus cahaya tertentu saja yang dapat melewatinya, dioda ini biasa dibuat dengan menggunakan bahan dasar silikon dan geranium. Dioda cahaya saat ini banyak digunakan untuk alarm, pita data berlubang yang berguna sebagai sensor, dan alat pengukur cahaya (Lux Meter).

3. Diode Varactor (Dioda Kapasitas)

Dioda jenis ini merupakan dioda yang unik, karena dioda ini memiliki kapasitas yang dapat berubah-ubah sesuai dengan besar kecilnya tegangan yang diberikan kepada dioda ini, contohnya jika tegangan yang diberikan besar, maka kapasitasnya akan menurun,berbanding terbalik jika diberikan tegangan yang rendah akan semakin besar kapasitasnya, pembiasan dioda ini secara reverse. Dioda jenis ini banyak digunakan sebagai pengaturan suara pada televisi, dan pesawat penerima radio. 4.

Diode Rectifier (Dioda Penyearah)

Dioda jenis ini merupakan dioda penyearah arus atau tegangan yang diberikan, contohnya seperti arus berlawanan (AC) disearahkan sehingga menghasilkan arus searah (DC). Dioda jenis ini memiliki karakteristik yang berbeda-beda sesuai dengan kapasitas tegangan yang dimiliki. 5. Diode Zener

Dioda jenis ini merupakan dioda yang memiliki kegunaan sebagai penyelaras tegangan baik yang diterima maupun yang dikeluarkan, sesuai dengan kapasitas dari dioda tersebut, contohnya jika dioda tersebut memiliki kapasitas 5,1 V, maka jika tegangan yang diterima lebih besar dari kapasitasnya, maka tegangan yang dihasilkan akan tetap 5,1 tetapi jika tegangan yang diterima lebih kecil dari kapasitasnya yaitu 5,1, dioda ini tetap mengeluarkan tegangan sesuai dengan inputnya.

D. Fungsi Dioda

Fungsi Dioda sangat penting didalam rangkaian elektronika. Karena dioda adalah

komponen

semikonduktor

yang

terdiri

dari

penyambung

P-

N. Dioda merupakan gabungan dari dua kata elektroda, yaitu anoda dan katoda. Sifat lain dari dioda adalah menghantarkan arus pada tegangan maju dan menghambat arus pada aliran tegangan balik. Selain itu, masih banyak lagi fungsi diodalainnya, sebagai berikut : 

Sebagai penyearah untuk komponen dioda bridge.



Sebagai penstabil tegangan pada komponen dioda zener.



Sebagai pengaman atau sekering.



Sebagai pemangkas atau pembuang level sinyal yang ada di atas atau bawah tegangan tertentu pada rangkaian clipper.



Sebagai penambah komponen DC didalam sinyal AC pada rangkaian clamper.



Sebagai pengganda tegangan.



Sebagai indikator untuk rangkaian LED (Light Emiting Diode).



Dapat digunakan sebagai sensor panas pada aplikasi rangkaian power amplifier.



Sebagai sensor cahaya pada komponen dioda photo.



Sebagai rangkaian VCO (Voltage Controlled Oscilator) pada komponen dioda varactor.

Secara keseluruhan dioda dapat kita contohkan sebagai katup, dimana katup tersebut akan terbuka pada saat air mengalir dari belakang menuju ke depan. Sedangkan katup akan menutup apabila ada dorongan aliran air dari depan katub. Simbol dioda digambarkan dengan anak panah yang diujungnya terdapat garis yang melintang. Cara kerja dioda dapat kita lihat dari simbolnya. Karena pada pangkal anak panah disebut sebagai anoda (P) dan pada ujung anak panah dapat disebut sebagai katoda (N). Pada umumnya, dioda terbuat dari bahan silikon yang sudah dibekali tegangan pemicu. Tegangan pemicu ini sangat diperlukan agar elektron bisa langsung mengisi hole melalui area depletin layer. Didalam komponen dioda tidak akan terjadi pemindahan elekrton hole dari P ke N maupun sebaliknya. Itu di sebabkan hole dan elektron akan tertarik ke arah kutub yang berlawanan. Bahkan lapisan depletion layer semakin besar dan menghalangi terjadinya arus. E. Pengertian Semikonduktor Disebut semikonduktor atau setengah konduktor, karena bahan ini memang bukan konduktor murni. Bahan ini sifatnya berada diantara insulator dan konduktor. 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. Semikonduktor adalah sebuah bahan dengan konduktivitas listrik yang berada diantara insulator dan konduktor. Sebuah semikonduktor bersifat sebagai insulator pada temperatur yang sangat rendah, namun pada temperatur ruangan besifat sebagai konduktor. (K. Muller 1986). Konduktivitas listrik adalah ukuran dari kemampuan suatu bahan untuk menghantarkan arus listrik. Jika suatu beda potensial listrik ditempatkan pada ujung- ujung sebuah konduktor, muatan-muatan bergeraknya akan berpindah, menghasilkan arus listrik. Konduktivitas listrik (σ) didefinsikan sebagai ratio dari rapat arus (J) terhadap kuat medan listrik (E). Pada beberapa jenis bahan dimungkinkan terdapat konduktivitas listrik yang anisotropik. Lawan dari konduktivitas listrik adalah resistivitas listrik atau

biasa disebutsebagai resistivitas saja, yaitu: Insulator adalah materi yang dapat mencegah penghantaran panas, ataupun muatan listrik. Lawan dari insulator, adalah konduktor, yaitu materi yang dapat menghantar panas untuk sejenis polimer, silikone.

F.

Susunan Atom Semikonduktor

Bahan semikonduktor yang banyak dikenal contohnya adalah Silicon (Si),Germanium (Ge) dan Galium 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. Silikonmerupakan bahan terbanyak ke dua yang ada dibumi setelah oksigen (O2). 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 pada suhu yang sangat rendah (0°K). Struktur atom silikon divisualisasikan seperti pada gambar berikut:

Ikatan kovalen menyebabkan elektron tidak dapat berpindah dari satu inti atom keinti 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. 

Doping Semikonduktor Salah satu alasan utama kegunaan semikonduktor dalam elektronik adalah

sifat elektroniknya dapat diubah banyak dalam sebuah cara terkontrol dengan menambah sejumlah kecil ketidakmurnian. Ketidak murnian ini disebut dopant. Doping

sejumlah

besar

ke

semikonduktor

dapat

meningkatkan

konduktivitasnya dengan faktor lebih besar dari satu milyar. Dalam sirkuit terpadu modern, misalnya, polycrystalline silicon didop-berat seringkali digunakan sebagai pengganti logam. (J.G.Bednarz 1986). Doping dalam produksi semikonduktor, doping menunjuk ke proses yang bertujuan menambah ketidakmurnian (impuritya) kepada semikonduktor sangat murni (juga disebut intrinsik) dalam rangka mengubah sifat listriknya. Ketidakmurnian ini tergantung dari jenis semikonduktor. Pemberian doping dimaksudkan untuk mendapatkan elektron valensi bebas dalam jumlah lebih banyak dan permanen, yang diharapkan akan dapat mengahantarkan listrik. Beberapa dopant biasanya ditambahkan ketika boule ditumbuhkan, memberikan setiap wafer doping awal yang hampir seragam. Untuk membedakan unsur sirkuit, wilayah terpilih (biasanya dikontrol oleh photolithografi) didop lebih lanjut dengan Proses difusi atau implantasi ion, metode kedua lebih populer dalam produksi skala besar karena kemudahan pengontrolannya. Jumlah atom dopant yang dibutuhkan untuk menciptakan sebuah perbedaan dalam kemampuan sebuah semikonduktor sangat kecil. Bila sejumlah kecil atom dopant ditambahkan (dalam order 1 setiap 100.000.000 atom), doping ini disebut rendah atau ringan. Ketika lebih banyak atom dopant ditambahkan

(dalam order 10.000) doping ini disebut sebagai berat atau tinggi. Hal ini ditunjukkan sebagai n- untuk dopant tipe-n atau p+ untuk doping tipe-p. G. Prinsip Dasar Semikonduktor Semikonduktror mempunyai sifat kekonduksian diantara konduktor dan isolator. Contoh bahan semikonduktror ialah Silikon, Germanium, Plumbum Sulfida, Gallium Arsenida, Indium Antimi dadan Selenium. Bahan-bahan yang mempunyai sifat semikonduktif memiliki nilai hambatan jenis (ρ) antara konduktor dan isolator yaitu 10-6 - 104 ohm. Medan konduktivitas sebesar 10-6 104 ohm-2 m-2 dengan energi gap yang lebih kecil dari 6 eV. Energi gap adalah energi yang diperlukan oleh elektron untuk memecahkan ikatan kovalen sehingga dapat berpindah jalur dari jalur valensi ke jalur konduksi. Bahan dasar semikonduktor dapat dibedakan menjadi tiga jenis, yaitu: 

Trivalent, memiliki atom dengan jumlah electron valensi 3 buah, contoh: Boron (B), Gallium (Ga), dan Indium (In) .



Tetravalent, memiliki atom dengan jumlah electron valensi 4 buah seperti: Silikon (Si), dan Germanium (Ge).



Pentavalent, memiliki atom dengan jumlah electron valensi 5 buah, contoh: Fosfor (P), Arsenikum (As), dan Antimon (Sb).

H. Bahan Dasar Semikonduktor a.

Persiapan bahan semikonduktor Semikonduktor dengan properti elektronik yang dapat diprediksi dan

handal diperlukan untuk produksi massa. Tingkat kemurnian kimia yang diperlukan sangat tinggi karena adanya ketidaksempurnaan, bahkan dalam proporsi sangat kecil dapat memiliki efek besar pada properti dari material. Kristal dengan tingkat kesempurnaan yang tinggi juga diperlukan, karena kesalahan dalam struktur kristal (seperti di slokasi, kembaran, dan retak tumpukan) menganggu properti semikonduktivitas dari material. Retakan kristal merupakan penyebab utama rusaknya perangkat semikonduktor. Semakin besar kristal,

semakin sulit mencapai kesempurnaan yang diperlukan. Proses produksi massa saat ini menggunakan ingot (bahan dasar) kristal dengan diameter antara 4 – 12 inci (± 30 cm) yang ditumbuhkan sebagai silinder kemudian di iris menjadi wafer . Karena diperlukannya tingkat kemurnian kimia dan kesempurnaan struktur kristal untuk membuat perangkat semikonduktor, metode khusus telah dikembangkan untuk memproduksi bahan semikonduktor awal. Sebuah teknik untuk

mencapai

kemurnian

tinggi

termasuk

pertumbuhan

kristal

menggunakan proses Czochralski. Langkah tambahan yang dapat digunakan untuk

lebih

meningkatkan

kemurnian

dikenal

sebagai perbaikan

zona.

Dalam perbaikan zona, sebagian dari kristal padat dicairkan. Impuritas cenderung berkonsentrasi di daerah yang dicairkan, sedangkan material yang diinginkan mengkristal kembali sehingga menghasilkan bahan lebih murni dan kristal dengan lebih sedikit kesalahan. I.

Macam-macam Badan Semikonduktor dan Penggunaannya

No Nama Semikonduktor

Penggunaannya

1

Barium Titinate (Ba Ti)

Termistor (PTC)

2

Bismut Telurida (Bi2 Te3)

Konversi termo elektrik

3

Cadmium sulfide (Cd S)

Sel Fotokonduktif

4

Gallium arsenide (Ga As)

Dioda, transistor, laser, led, generator gelombang dan Mikro

5

Germanium (Ge)

Diode dan transistor

6

Indium antimonida (In

Magnetoresistor, piezoresistor

Sb)

detektor dan radiasi inframerah

Indium arsenida (In As)

Piezoresistor

7

8

Silikon (Si)

Diode, transistor dan IC

9

Silikon Carbida (Si Cb)

Varistor

10

Seng Sulfida (Zn S)

Perangkat penerangan elektro

11

Germanium Silikon (Ge

Pembangkitan termoelektrik

Si)

12

Selenium (Se)

Rectifier

13

Aluminium Stibium (Al

Diode penerangan

Sb)

14

Gallium pospor (Ga P)

Diode penerangan

15

Indium pospor (In P)

Filter inframerah

16

Tembaga Oksida

Rectifier

17

Plumbun Sulfur (Pb S)

Foto sel

18

Plumbun Selenium (Pb

Foto sel

Se) 19

Indium Stibium (In Sb)

Detektor inframerah, filter inframerah dan generator Hall

Silikon adalah suatu unsur kimia dalam tabel periodik yang memiliki lambang Si dan nomor atom 14, merupakan unsur terbanyak kedua di bumi. Senyawa yang dibentuk bersifat paramagnetik. Unsur kimia ini ditemukan oleh (Jons Jakob Berzelius 1923). silikon hampir 25,7% mengikut berat. Biasanya

dalam bentuk silikon dioksida (silika) dan silikat. Silikon sering digunakan untuk membuat serat optik dan dalam operasi plastik digunakan untuk mengisi bagian tubuh pasien dalam bentuk silikon.

J. Cara Kerja Semikonduktor Dalam kinerja semikonduktor kami mengambil transistor sebagai contoh dari cara kerja semikonduktor. Pada dasarnya, transistor dan tabung vakum memiliki fungsi yang serupa; keduanya mengatur jumlah aliran arus listrik. Untuk mengerti cara kerja semikonduktor, misalkan sebuah gelas berisi air murni. Jika sepasang konduktor dimasukan kedalamnya, dan diberikan tegangan DC tepat dibawah tegangan elektrolisis (sebelum air berubah menjadi Hidrogen dan Oksigen), tidak akan ada arus mengalir karena air tidak memiliki pembawa muatan (chargecarriers). Sehingga air murni dianggap sebagai isolator . Jika sedikit garam dapur dimasukan ke dalamnya, konduksi arus akan mulai mengalir, karena sejumlah pembawa muatan bebas (mobile carriers, ion) terbentuk. Menaikan konsentrasi garam akan meningkatkan konduksi, namun tidak banyak. Garam dapur sendiri adalah non-konduktor (isolator ), karena pembawa muatanya tidak bebas. Silikon murni sendiri adalah sebuah isolator, namun jika sedikit pencemar ditambahkan, seperti Arsenik, dengan sebuah proses yang dinamakan doping, dalam jumlah yang cukup kecil sehingga tidak mengacaukan tata letak kristal silikon,

Arsenik akan memberikan

electron bebas

dan hasilnya

memungkinkan terjadinya konduksi arus listrik. Ini karena Arsenik memiliki 5 elektron valensi di orbit terluarnya, sedangkan Silikon hanya 4 elektron valensi. Konduksi terjadi karena pembawa muatan bebas telah ditambahkan (oleh kelebihan elektron dari Arsenik). Dalam kasus ini, sebuah Silikon tipe-n (n untuk negatif, karena pembawa muatannya adalah elektron yang bermuatan negatif) telah terbentuk. Selain dari itu, silikon dapat dicampur dengan Boron untuk membuat semikonduktor tipe-p. Karena Boron hanya memiliki 3 elektron valensi di orbit

paling luarnya, pembawa muatan yang baru, dinamakan "lubang" (hole, pembawa muatan positif), akan terbentuk di dalam tata letak kristal silikon. Dalam tabung hampa, pembawa muatan (elektron) akan dipancarkan oleh emisi thermionic dari sebuah katode yang dipanaskan oleh kawat filamen. Karena itu, tabung hampa tidak bisa membuat pembawa muatan positif (hole). Dapat disimak bahwa pembawa muatan yang bermuatan sama akan saling tolak-menolak, sehingga tanpa adanya gaya yang lain, pembawa-pembawa muatan ini akan terdistribusi secara merata di dalam materi semikonduktor. Namun di dalam sebuah transistor bipolar (atau diode junction) dimana sebuah semikonduktor tipe-p dan sebuah semikonduktor tipe-n dibuat dalam satu keping silikon, pembawa-pembawa muatan ini cenderung berpindah ke arah sambungan P-N tersebut (perbatasan antara semikonduktor tipe-p dan tipe-n), karena tertarik oleh muatan yang berlawanan dari seberangnya. Kenaikan dari jumlah pencemar (doping level) akan meningkatkan konduktivitas dari materi semikonduktor, asalkan tata-letak kristal silikon tetap dipertahankan. Dalam sebuah transistor bipolar, daerah terminal emiter memiliki jumlah doping yang lebih besar dibandingkan dengan terminal basis. Rasio perbandingan antara doping emiter dan basis adalah satu dari banyak faktor yang menentukan sifat penguatan arus (current gain) dari transistor tersebut. Jumlah doping yang diperlukan sebuah semikonduktor adalah sangat kecil, dalam ukuran satu berbanding seratus juta, dan ini menjadi kunci dalam keberhasilan semikonduktor. Dalam sebuah metal, populasi pembawa muatan adalah sangat tinggi; satu pembawa muatan untuk setiap atom.

K. Macam-Macam Semikonduktor 1. Semikonduktor Intrinsik Semikonduktor intrinsik merupakan semikonduktor murni tanpa adanya bahan pengotor. Silikon dan Germanium merupakan dua jenis semikonduktor yang sangat penting dalam elektronika. Keduanya terletak pada golongan IVA dalam tabel periodik dan mempunyai elektron valensi empat. Struktur kristal

silikon dan germanium berbentuk tetrahedral dengan setiap atom memakai bersama sebuah elektron valensi dengan atom-atom tetangganya. Energi yang diperlukan untuk memutus sebuah ikatan kovalen adalah sebesar 1,1 eV untuk silikon dan 0,7 eV untuk germanium. Pada temperatur ruang (300K), sejumlah elektron mempunyai energi yang cukup besar untuk melepaskan diri dari ikatan dan tereksitasi dari pita valensi ke pita konduksi menjadi elektron bebas. Besarya energi yang diperlukan untuk melepaskan elektron dari pita valensi kepita konduksi ini disebut energi terlarang (energy gap). Jika sebuah ikatan kovalent terputus, maka akan terjadi kekosongan atau lubang (hole). Pada daerah dimana terjadi kekosongan akan terdapat kelebihan muatan positif, dan daerah yang ditempati electron bebas mempunyai kelebihan muatan negatif. 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 ditempat yang lain dan seolah-olah sebuah muatan positif bergerak dari lubang yang lama ke lubang baru. Proses aliran muatan ini, yang biasa disebut sebagai “arus drift” dapat dituliskan sebagai berikut “Peristiwa hantaran listrik pada semikonduktor adalah akibat adanya dua partikel masing-masing bermuatan positif dan negatif yang bergerak dengan arah yang berlawanan akibat adanya pengaruh medan listrik”. Akibat adanya dua pembawa muatan tersebut, besarnya rapat arus dinyatakan sebagai konduktivitas. Karena timbulnya lubang dan elektron terjadi secara serentak, maka pada semikonduktor murni, besar energi yang dibutuhkan untuk membentuk pasangan elektron dan hole pada semikonduktor intrinsik ditentukan oleh jarak celah energi antara pita valensi dengan pita konduksi semakin jauh jaraknya maka semakin besar energi yang dibutuhkan untuk membentuk elektron – hole sebagai pembawa muatan. 2. Semikonduktor Ekstrinsik Semikonduktor ekstrinsik adalah semikonduktor yang prosesnya melalui proses pendopingan atau pengotoran bahan atom tertentu pada bahan semikondultor untuk menaikkan daya hantar semikonduktor. Terdapat dua tipe

dalam semikonduktor ekstrinsik yaitu semikonduktor tipe n dan semikonduktor tipe p. 

Semikonduktor tipe n Semikonduktor tipe n dapat dibuat dengan menambahkan sejumlah kecil

atom pengotor pentavalent pada silikon murni. Atom-atom pengotor (dopan) ini mempunyai lima elektron valensi sehingga secara efektif memiliki muatan sebesar +5q. Saat sebuah atom pentavalent menempati posisi atom silikon dalam kisi kristal, hanya empat elektron valensi yang dapat membentuk ikatan kovalent lengkap, dan tersisa sebuah elektron yang tidak berpasangan. Dengan adanya energi thermal yang kecil saja, sisa elektron ini akan menjadi electron bebas dan siap menjadi pembawa muatan dalam proses hantaran listrik. Material yang dihasilkan dari proses pengotoran ini disebut semikonduktor tipe-n, karena menghasilkan pembawa muatan negatif dari kristal yang netral. Dan karena atom pengotor memberikan elektron, maka atom pengotor ini disebut sebagai atom donor. 

Semikonduktor Tipe p Dengan cara yang sama seperti pada semikonduktor tipe n, semikonduktor

tipe p dapat dibuat dengan menambahkan sejumlah kecil atom pengotor trivalent pada semikonduktor murni, misalnya: silikon murni. Atom-atom pengotor (dopan) ini mempunyai tiga elektron valensi sehingga secara efektif hanya dapat membentuk tiga ikatan kovalen. Saat sebuah atom trivalen menempati posisi atom silikon dalam kisi kristal, terbentuk tiga ikatan kovalen lengkap, dan tersisa sebuah muatan positif dari atom silikon yang tidak berpasangan yangdisebut lubang (hole). Material yang dihasilkan dari proses pengotoran ini disebut semikonduktor tipe p. Karena atom pengotor menerima elektron, maka atom pengotor ini disebut sebagai atom aseptor (acceptor).

BAB III PENUTUP KESIMPULAN Dioda merupakan komponen semikonduktor yang paling sederhana. Dioda adalah gabungan bahan semikonduktor tipe N yang merupakan bahan dengan kelebihan elektron dan tipe P adalah kekurangan satu elektron sehingga membentuk Hole. Secara keseluruhan dioda dapat kita contohkan sebagai katup, dimana katup tersebut akan terbuka pada saat air mengalir dari belakang menuju ke depan. Sedangkan katup akan menutup apabila ada dorongan aliran air dari depan katub. Simbol dioda digambarkan dengan anak panah yang diujungnya terdapat garis yang melintang. Cara kerja dioda dapat kita lihat dari simbolnya. Karena pada pangkal anak panah disebut sebagai anoda (P) dan pada ujung anak panah dapat disebut sebagai katoda. Semikonduktor adalah dasar semikonduktor dapat digolongkan atas tiga jenis yaitu Trivalent, Tetravalent, dan Pentavalent yang masih murni (semikonduktor intrinsik), namun setelah pendopingan atau mengotoran, muncullah semikonduktor baru yaitu semikonduktor ekstrinsik (tak murni) yang memiliki dua tipe yaitu semikonduktor tipe n dan semikonduktor tipe p. Semikonduktor ekstrinsik inilah yang digunakan sebagai bahan dasar elektronika seperti dioda, transistor, Integrated Circuit dan lain sebagainya. DAFTAR PUSTAKA Adi, Syukri. “Makalah Semikonduktor (Fisika Zat Padat)” http://adisyukri93.blogspot.co.id/2015/01/makalah-semikounduktor-fisika-zatpadat.html Malvino, A.P. 2003.Prinsip-prinsip Elektronika. Buku 1. Jakarta: Salemba Teknika. Martawijaya, M.A,dkk. 2008. Dasar-dasar Elektronika, Buku 1. Makassar : UNM Makassar. Simatupang, S. 2011. Elektronika Dasar. Medan : FMIPA UNMED.