Makalah Semikonduktor

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.

Share this post