Saturday, February 24, 2018
BAHAN 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, tata cara 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 spesifikasi 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 sangat berguna dalam bidang elektronik, karena konduktansinya yang dapat diubah-ubah dengan menyuntikkan materi lain (biasa disebut pendonor elektron/doping). Banyak sekali alat elektronika yang menggunakan bahan semikonduktor seperti komputer, laptop, smartphone, televisi, camera dan alat elektronik lainnya.Dengan semikonduktor, peralatan elektronik dapat dibuat lebih kecil dan compact serta menggunakan daya yang kecil. Semikonduktor menggantikan fungsi tabung sinar katoda yang memiliki ukuran dan daya yang lebih besar.
Tipe atau Jenis Bahan Semikonduktor
Semikonduktor yang telah dilalui proses Doping yaitu Semikonduktor yang Impurity (ketidakmurnian) atau Semikonduktor Ekstrinsik yang siap menjadi Komponen Elektronika dapat dibedakan menjadi 2 tipe yaitu :
1. N-type Semikonduktor
Dikatakan N-type karena Semikonduktor jenis ini pembawa muatannya (Charge Carrier) adalah terdiri dari Elektron. Elektron adalah bermuatan Negatif sehingga disebut dengan Tipe Negatif atau N-type. Pada Semikonduktor yang berbahan Silicon (Si), Proses Doping dengan menambahkan Arsenic atau Antimony akan menjadikan Semikonduktor tersebut sebagai N-type Semikonduktor. Terdapat 2 (dua) pembawa muatan atau charge Carrier dalam N-type Semikonduktor yakni Elektron sebagai Majority Carrier dan Hole sebagai Minority Carrier.
2. P-Type Semikonduktor
Dikatakan P-type karena Semikonduktor jenis ini kekurangan Elektron atau disebut dengan �Hole�. Ketika pembawa muatannya adalah Hole maka Semikonduktor tersebut merupakan Semikonduktor bermuatan Positif. Pada Semikonduktor yang berbahan Silicon (Si), Proses Doping dengan menambahkan Indium akan menjadikan Semikondukter tersebut sebagai P-type Semikonduktor. Dua pembawa muatan yang terdapat dalam P-type Semikonduktor adalah Hole sebagai Majority Carrier dan Elektron sebagai Minority Carrier).
Berdasarkan kemampuan menghantarkan arus listrik, material/bahan dibedakan atas :
1. Penghantar listrik (Conductor)
2.Bahan dielektrik / isolasi
3. Bahan semikonduktor
Ditinjau dari nilai resistansi listrik, penghantar/Konduktor mempunyai resistansi yang paling kecil, bahan dielektrik/isolasi mempunyai resistansi yang paling besar, bahan semikonduktor mempunyai resistansi antara resistansi konduktor dan resistansi bahan dielektrik.
Keterangan :
RBD = Resistansi Bahan Dielektrik
RSK = Resistansi Semikonduktor
RK = Resistansi Konduktor
Ditinjau dari segi celah energi (energi gap), maka konduktor mempunyai energi gap yang sangat kecil, bahan isolasi mempunyai energi gap paling besar dan bahan semikonduktor mempunyai energi gap antara energi gap konduktor dan energi gap bahan dielektrik. Energi gap ketiga bahan tersebut diperlihatkan pada gambar 1. Energi gap untuk Silikon (Si) pada 300o K adalah 1,1 eV dan untuk germanium (Ge) 0,72 eV.
Keistimewaan bahan semikonduktor adalah konduktivitas listrik (daya hantar listrik) dapat ditingkatkan dengan menambahkan unsur ketidak-murnian (impurity element) melalui suatu proses yang dikenal dengan proses Doping. Unsur ketidak-murnian yang digunakan biasanya disebut unsur dopan.
Sifat-sifat bahan semikonduktor
Sifat-sifat utama bahan semikonduktor murni (tanpa doping) antara lain :
1. Resistansinya lebih besar dari resistansi konduktor logam, tetapi lebih kecil dari resisitansi bahan dielektrik.
2. Mempunyai koefisien temperatur negatip. Resistansinya berkurang terhadap kenaikan temperatur (sifat sangat penting).
3. Mempunyai elektron valensi 4. Artinya pada kulit terluar terdapat empat elektron , setengah dari 8 elektron yang dibutuhkan untuk kondisi stabil. Elektron pada kulit terluar digunakan bersama oleh atom yang saling berdekatan sehingga tidak ada elektron bebas. Ikatan kimia yang terbentuk dengan prinsip penggunaan bersama elektron pada kulit terluar disebut Ikatan Kovalen.
Elektron pada kulit terluar digunakan bersama oleh atom-atom yang berdekatan, sehingga tidak ada elektron bebas. Dalam keadaan demikian bahan semikonduktor mempunyai resistansi yang lebih besar dari konduktor atau lebih bersifat bahan isolasi. Sebagai perbandingan, nilai tahanan jenis (?) dalam satuan ?.cm : 2 x 10 -6 untuk tembaga (Copper,Cu), 50 untuk germanium (Ge), 50 x 103 untuk siikon (Si), 2 x 1012 untuk mika.
Bahan semikonduktor didapati pada kolom IV dari daftar periodic unsur�unsur kimia. Semikonduktor Silikon (Si) dan Germanium (Ge) disebut Semikonduktor Elementer, karena struktur atomnya hanya terdiri dari satu jenis atom.
Alat dan Komponen Bahan Semikonduktor
Komponen-komponen Elektronika Aktif yang bahan dasarnya terbuat dari Semikonduktor diantaranya adalah :
- Integrated Circuit
- Transistor
- Dioda
Komponen-komponen Elektronika yang terbuat dari Semikonduktor merupakan komponen Elektronika yang sangat sensitif dengan ESD (Electro Static Discharge). Oleh karena itu, perlu penanganan khusus dalam produksi terhadap Komponen-komponen tersebut.
Adapun alat-alat dari bahan semikonduktor adalah:
a.) Transistor
Piranti tiga terminal atau lebih dikenal sebagai �transistor�. Terdapat dua jenis transistor yaitu :
1. Transistor bipolar atau BJT (bipolar junction transistor)
2. Transistor unipolar atau FET (field-effect transistor).
2. Transistor unipolar atau FET (field-effect transistor).
Dibandingkan dengan FET, BJT dapat memberikan penguatan yang jauh lebih besar dan tanggapan frekuensi yang lebih baik. Pada BJT baik pembawa muatan mayoritas maupun pembawa muatan minoritas mempunyai peranan yang sama pentingnya.
Gambar Diagram BJT : a) Jenis NPN dan b) Jenis PNP
Terdapat dua jenis kontruksi dasar BJT, yaitu jenis NPN dan jenis PNP. Untuk jenis NPN, BJT terbuat dari lapisan tipis semikonduktor tipe-p dengan tingkat doping yang relatif rendah, yang diapit oleh dua lapisan semikonduktor tipe-n. Karena alasan sejarah pembuatannya, bagian di tengah disebut �basis� (base), salah satu bagian tipe-n (biasanya mempunyai dimensi yang kecil) disebut �emitor� (emitter) dan yang lainya sebagai kolektor� (collector).
Tanda panah pada gambar BJT menunjukkan kaki emitor dan titik dari material tipe-p ke material tipe-n. Perhatikan bahwa untuk jenis n-p-n, transistor terdiri dari dua sambungan p-n yang berperilaku seperti diode. Setiap diode dapat diberi panjar maju atau berpanjar mundur, sehingga transistor dapat memiliki empat modus pengoperasian.
Salah satu modus yang banyak digunakan disebut �modus normal�, yaitu sambungan emitor-basis berpanjar maju dan sambungan kolektor-basis berpanjar mundur. Modus ini juga sering disebut sebagai pengoperasian transistor pada �daerah aktif�.
Gambar Planar
Pabrikasi BJT dapat dilakukan dengan dua teknik, yaitu struktur transistor-alloy melalui difusi dan struktur transistor planar. Gambar Planar (a) menunjukkan struktur transistor alloy NPN. Kolektor terbuat dari chip semikonduktor tipe-n dengan ketebalan kurang dari 1 mm2. Daerah basis dibuat dengan proses difusi kemudian dibuat kontak logam untuk dihubungkan dengan kaki basis. Daerah emitor dibuat dengan teknik alloy pada daerah basis. Sebagai hasilnya berupa sebuah pasangan sambungan p-n yang dipisahkan oleh daerah basis kira-kira setebal kertas.
Untuk gambar struktur planar (b), suatu lapisan tipe-n dengan tingkat doping rendah ditumbuhkan di atas substrat n+ (tanda + menunjukkan tingkat doping sangat tinggi). Setelah melalui proses oksidasi pada permukaan, sebuah jendela (window) dibuka dengan proses penggerusan (etching) dan suatu pengotor (p) dimasukkan ke kristal dengan proses difusi untuk membentuk sambungan (junction). Sekali lagi setelah melalui reoksidasi, sebuah jendela kecil dibuka untuk proses difusi pembentukan daerah emitor (n).
Secara konvensional simbol transistor NPN diperlihatkan pada gambar planar (c) dilengkapi dengan tanda panah pada emitor yang menunjukkan aliran muatan positif. Walaupun sebuah transistor NPN akan bekerja dengan kedua daerah n dapat berfungsi sebagai emitor, namun karena kedua daerah mempunyai tingkat doping dan geometri yang berbeda, maka daerah n yang dimaksud harus diberi label.
link download
