SEMICONDUCTOR ELECTRONICS

INTORODUCTION

Merupakan elemen dasar komponen elektronika

seperti dioda, transistor dan sebuah IC (integrated

circuit).

Tembaga, besi, timah konduktor yang baik

sebab logam memiliki susunan atom yang

sedemikian rupa, sehingga elektronnya dapat

bergerak bebas sebagai arus ketika diberi

tegangan listrik.

Isolator atom yang memiliki elektron valensi

sebanyak 8 buah dan dibutuhkan energi yang

BESAR untuk dapat melepaskan elektron-

elektronnya.

Semikonduktor susunan atomnya memiliki elektron valensi

lebih dari 1 & kurang dari 8. Yang paling "semikonduktor"

unsur yang atomnya memiliki 4 elektron valensi.

Ikatan inti atom yang stabil dikelilingi oleh 8 elektron,

sehingga 4 buah elektron atom kristal tersebut membentuk

ikatan kovalen dengan ion-ion atom tetangganya.

Ikatan kovalen elektron tidak dapat

berpindah dari satu inti atom ke inti atom

yang lain.

Pada kondisi ini bahan semikonduktor bersifat

ISOLATOR karena tidak ada elektron yang

dapat berpindah untuk menghantarkan listrik.

Suhu kamar beberapa ikatan kovalen terlepas

karena energi panas, yang memungkinkan

sejumlah kecil elektron dapat terlepas dari

ikatannya namun tidak memungkinkan untuk

menjadi konduktor yang baik.

SEMIKONDUKTOR INTRINSIK

Semikonduktor Intrinsik merupakan

semikonduktor murni dan tidak cacat.

Contoh: Silikon Murni.

Konduktor intrinsik pada suhu yang

sangat rendah: Semua elektron berada pada ikatan kovalen .

Tak ada elektron bebas atau tak ada pembawa

muatan sehingga bersifat sebagai isolator .

Semikonduktor intrinsik pada suhu kamar: Agitasitermal menyebabkan beberapa elektron valensi keluar

dari ikatan kovalen menjadi elektron bebas yang membawa

muatan negatif.

Munculnya elektron bebas diikuti dengan terbentuknya hole

(lubang) sebagai pembawa muatan positif, peristiwanya disebut

pembangkitan (generation).

Jika dipasang beda potensial, terjadi aliran arus (sebagai

konduktor dengan konduktansi rendah).

SEMIKONDUKTOR EKSTRINSIK

Semikonduktor yang memperoleh

pengotoran atau penyuntikan (doping) oleh

atom asing.

Semikonduktor

Ekstrinsik

Tipe - N

Tipe - P

Tipe - N Tipe - P

Pengotoran oleh atom

pentavalent spt P, As, Sb .

Atom pengotornya disebut

atom donor .

Pembawa muatan: elektron

.

Pengotoran oleh atom

trivalent spt B, Ga, In

Atom pengotornya disebut

atom akseptor .

Pembawa muatan: hole .

Tujuan doping: meningkatkan konduktivitassemikonduktor, dan memperoleh semikonduktor dengan hanya satu pembawa muatan (elektron atau hole) saja

Perbandingan doping :

Dopant atom pengotor.

Atom-atom dopant pada semikonduktor tipe-N adalah atom-atom pentavalent sedangkan pada semikonduktor tipe-P adalah atom-atom trivalent.

Atom dopant : atom murni = 1:106 s.d. 108

DIODA PN

Jika 2 tipe bahan semikonduktor tadi

dilekatkan maka akan didapat sambungan P-

N (p-njunction).

Atom-atom

akseptor

Atom-atom

donor

DO

PIN

G

SEMIKONDUKTOR

Tipe - P Tipe - N

DO

PIN

G

Jika diberi tegangan maju (forward bias),

dimana tegangan sisi P lebih besar dari sisi

N, elektron dengan mudah dapat mengalir

dari sisi N mengisi kekosongan elektron

(hole) di sisi P.

Sebaliknya jika diberi tegangan balik (reverse

bias), dapat dipahami tidak ada elektron yang

dapat mengalir dari sisi N mengisi hole di sisi

P, karena tegangan potensial di sisi N lebih

tinggi. Dioda akan hanya dapat mengalirkan

arus satu arah saja, sehingga dipakai untuk

aplikasi rangkaian penyearah (rectifier).

DIODA ZENER

Diode yang memiliki karakteristik menyalurkan arus listrik ke arah yang berlawanan jika tegangan yang diberikan melampaui batas "tegangan tembus" (breakdown voltage) atau "tegangan Zener“, beda dari diode biasa yang hanya menyalurkan arus listrik ke satu arah.

Fungsi utamanya adalah untuk menstabilkan tegangan.

Diode Zener akan bertingkah seperti sebuah kortsleting (hubungan singkat) saat tegangan mencapai tegangan tembus diode tersebut. Hasilnya, tegangan akan dibatasi sampai ke sebuah angka yang telah ditetapkan sebelumnya.

Diode Zener memiliki p-n junction yang memiliki doping berat, yang memungkinkan elektron untuk tembus (tunnel) dari pita valensi material tipe-p ke dalam pita konduksi material tipe-n.

Tegangan tembusnya dapat dikontrol secara tepat dalam proses doping.

OPTOELECTRONIC DIODE

Pada optoelektronika berkaitan dengan

cahaya tampak maupun tak tampak (IR

maupun UV). Spektrum gelombang cahaya

merupakan bagian dari spektrum gelombang

elektromagnet.

LED sebagai salah satu sumber cahaya

yang dibuat dari bahan semikonduktor.

LED dioda yang memancarkan cahaya jika mendapat bias maju. LED terdiri dari berbagai macam panjang gelombang dan dapat dibedakan dari warnanya.

Warna merah (~ 650 nm), hijau (~550 nm) dan kuning (~600 nm).

LED yang memancarkan cahaya infra merah (~950 nm) yang dipakai sebagai sumber cahaya pada sistem sensor.

LED cahaya tampak dipakai untuk indikator, peraga dalam instrumen digital, dll.

LED akan menyala bila ada arus listrik mengalir dari anoda menuju katoda.

Pemasangan kutub LED tidak boleh terbalik, jika terbalik maka LED tidak akan menyala.

Karakteristik berbeda-beda menurut warna yang dihasilkan. Semakin tinggi arus yang mengalir pada LED maka semakin terang pula cahaya yang dihasilkan, batasan besar arusnya adalah 10 mA – 20 mA dan pada tegangan 1,6 V – 3,5 V menurut karakter warna yang dihasilkan.

Apabila arus yang mengalir lebih dari 20 mA maka led akan terbakar. Untuk menjaga agar LED tidak terbakar digunakan resistor sebagai penghambat arus.