SEMIKONDUKTOR

Assalamuallaikum wr.wb. pengunjung sekalian...

Materi yang  saya posting kali ini merupakan materi mata kuliah Elektronika jurusan Teknik Elektro , Universitas Andalas.  TP 2016/2017. Dengan dosen pembimbingnya bapak Drawison M.T.

Untuk buku sumber yang saya gunakan yaitu buku "TEORI, SIMULASI DAN APLIKASI ELEKTRONIKA" Jilid 1. yang ditulis oleh dosen mata kuliah saya. yaitu bapak Darwison M.T. yang diterbitkan oleh CV.FERILA dan bekerjasama dengan Fakultas Teknik Yniversitas Andalas. Dengan nomor ISBN : 978-602-9487-07-7.

SEMIKONDUKTOR

Semikoduktor adalah suatu bahan yang banyak dipakai dalam p

embuatan komponen dasar elektronika, seperti Dioda, Transistor, JFET, MOSFET sampai pada IC (Integrated Circuits). Bahan Silikon dan Germanium yang paling banyak digunakan dalam pembuatan komponen elektronika karena lebih stabil pada suhu tinggi.

1. Teori Atom
   Atom adalah partikel yang sangat kecil dan terdiri atas proton, elektron serta neutron.
   
   Rutherford melakukan percobaan dan menghasilkan bahwa sebagian besar masa atom dan semua muatan positif berkumpul pada inti atom (di tengah-tengah atom).
   Atom terdiri atas nukleus (proton dan neutron)  dengan elektron-elektron yang bergerak di sekitas nukleus yang menyerupai sistem tata surya.
   Dalam konvensi ditetapkan elektron bermuatan negatif, proton bermuatan positif dan neutron tidak bermuatan.
   Tahun 1913, Niels Bohr mengemukakan bahwa Elektron-elektron dari suatu atom tersusun atas beberapa kulit atau orbit yang berada pada jarak yang berbeda dari inti atom seperti gambar 1.
   

   

Gambar 1 Orbit-orbit elektron

Masing-masing orbit mempunyai tingkat energi yang mana semakin tinggi orbit maka makin tinggi energinya. Model Bohr menyatakan  orbit atom dengan penamaan mulai huruf K sampai Q seperti gambar 2.

Gambar 2 Model Bohr menyatakan orbit atom dengan huruf K s/d Q

 2. Struktur atom bahan semirondurtor

          Pada suhu nol mutlak atau -273 °C, bahan semikonduktor murni benar-benar merupakan isolator karena semua elektron valensi terikat erat pada tempatnya

Agar konduktivitasnya baik, maka bahan semikonduktor dicampur dengan bahan lain (doping), seperti boron, arsenikum, galium, fosfor, dan lain-lain.

Tabel 1 Susunan Elektron pada beberapa Atom

Bahan-bahan yang bervalensi 3 (trivalen) berfungsi membentuk bahan tipe P (bahan yang kekurangan elektron). Sedangkan bahan-bahan yang bervalensi 5 (pentavalen)  berfungsi membentuk bahan tipe N (bahan yang kelebihan elektron).

2.1. Struktur Silikon dan Germanium

1. Silikon dan Germanium adalah bahan semikonduktor yang paling banyak digunakan dalam pembuatan komponen elektronika, karena sifatnya :
2.  lebih stabil pada suhu tinggi,
3.  silikon (0,6 V) lebih banyak digunakan dari pada germanium (0,3 V).
4.  Jumlah elektron silikon adalah 14 seperti gambar 3 sedangkan germanium 32.
5.  memiliki elektron valensi yang sama, yaitu 4.  

Gambar 3  Struktur atom silikon

Gambar 4 Struktur Atom Silikon dengan Elektron Valensinya

Gambar 5 Struktur Irisan Kristal Silikon

kumpulan atom silikon  akan menarik empat elektron dari empat atom tetangganya sehingga membentuk kristal seperti gambar 5. Guna mencapai kesetimbangan.

Gambar 6 Elektron lepas akibat pecahnya ikatan kovalen

Berikut merupakan bentuk susunan dari muatan electron dan juga hole nya.

Gambar 7  Bidang tenaga kristal pada suku 0K

Gambar 8 Bidang tenaga Kristal pada suhu agak tinggi

Arah aliran elektron seperti gambar 9 maka kebalikannya akan membuat arah aliran hole.  

Gambar 9 Mekanisme konduksi lobang

SEMIKONDUKTOR JENIS n

Gambar 10 menunjukkan bahan semikonduktor jenis n dimana   diperoleh dengan cara doping dengan atom asing bervalensi 5 seperti Fosfor .

Gambar 10 Terjadinya elektron bebas pada semikonduktor jenis n

Gambar 11 Arus tenaga elektron valensi atom donor

Gamabr 12 menunjukkan bahan semikonduktor tipe p dimana diperoleh dengan doping atom asing bervalensi 3, seperti Boron (B) atau Galium (Ga).

Gambar  12 Terjadinya hole pada semikonduktor tipe p

Gambar 13  Arus tenaga elektron valensi atom akseptor

Pada semikonduktor jenis p terbentuknya hole disertai terbentuknya ion negatif yang tidak dapat bergerak seperti ditunjukkan gambar 13 diatas.